0717_MaterialStudKonf_Dek_2020

Агроробот – это радиоуправляемый механизм с различным исполнительным функционалом, основа шасси взята со структуры марсохода Curiosity. Агроробот оснащён хватом совмещённый с отвалом, а также плуг и устройство для посадки картофеля. Детали робота изготовлены лазерной резкой из листа дюраля Д16 толщиной 2 мм и 3D печатью ABS пластиком. Робототехнический конструктор «АГРОРОБОТ» представлен на рисунке 1.

Агророботы предназначены для замены и облегчения человеческого труда в сельском хозяйстве, а также имеет возможность передвигаться не только по ровной поверхности, но и на структурно сложных участках дорог, например по пересеченной дороге. Данный функционал существует благодаря независимой подвески, а также оснащения индивидуальным двигателем каждого колеса.

Функциональность Агроробота в сельском хозяйстве:

функция уборки снега;

погрузки и перемещения различных объектов;

посадка семян;

вспашка плотной почвы;

функция мониторинга сельхозугодий;

борьба с вредителями.

Основной функционал Агроробота осуществляет небольшая плата Arduino Nano с интегрированным микроконтроллером и с собственной памятью. На плате имеется контакты, к которым подключены основные модули Агроробота: Дисплей, хват и отвал, управление и многое другое. На рисунке 2 представлено изображение Arduino Nano.

Рисунок 2. Arduino Nano

Платформа Arduino Nano разработана компанией Gravitech и построена на микроконтроллере ATmega328. Она имеет небольшие размеры и

181

может использоваться в лабораторных работах, а также может быть дополнена и усовершенствована различным функционалом. Данная плата имеет свои ограниченные характеристики, с помощью которых проводится основная техническая работа.

Микроконтроллер ATmega328 имеет рабочее напряжение, а именно логический уровень 5 В. Имеется цифровые входы и выходы некоторые, из которых широтно-импульсные модули для управления подачи мощности к нагрузке и управления импульсов. Постоянная память Atmega 328 составляет 32 кб благодаря которому осуществляется хранение программного кода и работа загрузчика для осуществление многих программных задач.

Платформа программируется посредством собственного программного обеспечения Arduino IDE. Программа Arduino IDE имеет текстовый редактор, менеджер проектов, компилятор и инструменты для загрузки программы в микроконтроллер. Язык программирования Arduino IDE разработана на языке программирования С и С++ интегрированная для Windows, MacOS и Linux.

Arduino IDE не предлагает никаких настроек компилятора и минимизирует другие настройки, что упрощает начало работы для новичков и уменьшает риск возникновения программных проблем. В ходе исследований Агроробота изучался функционал Arduino Nano, достоинством которого является возможность усовершенствования и программирования различного рода целей.

Литература

1. Блум, Дж. Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства, под ред./ Блум, Джереми 2-е изд.: перевод с английского. Санкт-Петербург, 2018—544 с.

УДК 004:631.234

Д. В. Томилов – студент; Р. Ф. Шайдулин – научный руководитель,

ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь, Россия

АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОКЛИМАТА ТЕПЛИЦЫ

Аннотация. В статье рассматривается автоматизация теплиц для малого и среднего сельского хозяйства. В частности управление микроклиматом теплицы путем контроля датчиков и включение оборудования.

Ключевые слова: аппаратно-программный комплекс, atmega, организация технологических процессов, унификация, автоматизация, теплица.

По выращиванию сельскохозяйственных культур существуют большое множество технических решений. В основном они применяются для круп-

182

ного производства, цена их очень высока. Стоимость готовых решений котируется от 20 тысяч рублей. Частным подсобным хозяйствам тяжело позволить себе промышленную автоматизацию в связи с высокой стоимостью. Приблизительный срок окупаемости с момента комплексов достаточно длительный, это не очень хорошо сказывается в плане рентабельности для крупных и известных фирм. Поэтому данная разработка больше рассчитана для частных хозяйств и малого бизнеса, по выращиванию сельскохозяйственных культур.

Таблица 1

Автоматизированные теплицы для домашнего использования

Автоматизированные теплицы для домашнего использования

Автоматизированные данные теплицы обладают высокой стоимостью и малым функционалом. Что является явным недостатком и требует доработки, в дальнейшей моей разработки эти недостаток будет устранен или сведен к минимуму.

Рассматривая различные факторы процесса выращивания овощей и фруктов, необходимо разработать внутри теплицы система контроля параметров микроклимата теплицы. Чтобы это реализовать необходимо применить аппаратно-программный комплексы автоматизированного управления производства продукции. Данные комплексы должны быть универсальными системами и надежными в эксплуатации.

Задачи таких систем и комплексов состоят в обеспечение эффективности управления и надежности работы оборудования. Комплекс состоит из следующих компонентов:

●Главным микроконтроллером является ATmega328P, который выполнен на базе Arduino nano, расположенный на плате что позволяет в случае его выхода из строя быстро заменить. Сама платформа хранит, обрабатывает командный код и следит за состоянием датчиков и в случае выхода за те или иные параметры включает оборудования;

●10 каналов управления, из которых можно составить несколько видов комбинаций:

●средства автоматического контроля, выполняющие функции измерения и регистрации данных (датчики):

●средства вывода информации;

●Часы реального времени позволяют задавать точное время и в случае отключения основного питания сохраняют свой отчет.

183

Таблица 2

Представлены преимущества и недостатки обыкновенной и автоматизированной теплицы

В данной таблице мы на наглядном примере можем увидеть плюсы и минусы автоматизированной и обычной теплицы. Из плюсов автоматизированной теплицы хочется выделить удаленный контроль и минимальное участие человека, так как это является минусом обычной теплицы, а также точное соблюдение режимов поливов.

Рисунок 1. Обобщенная архитектура аппаратного-программного комплекса

Для питания электронными компонентами, рекомендуется устанавливать блоки питания 12 вольт. Так как управляющий микроконтроллер, может работать с логикой питания 12 вольт и преобразовывать в 5 вольт, которые требуются для датчиков. Основная нагрузка блока питания будет расходоваться на насос, который при работе потребляет около 60 Ватт.

184

Остальная нагрузка будет оставаться на сам комплекс и на остальные комплектующие. В дальнейшем можно оптимизировать комплекс, и включать его по таймеру и тем самым экономив электропитание аккумуляторов.

Для полива в теплице планируется установить регулируемый полив капельного типа. Система данного типа полива на сегодняшний день по праву считается наиболее грамотной и выгодной, с точки зрения сравнения с другими системами полива. Следовательно она является наиболее подходящей для нашей теплицы. Так как вода поступает под корень растения, что способствует хорошему процессу орошения и экономичному расходу воды. Роль источника воды будет играть насос, который может быть установлен как внутри, так и снаружи теплицы, подключенный к центральной системе водоснабжения, либо к любому другому естественному или искусственному источнику воды. Подключение насоса осуществляется через блок реле и микроконтроллер, который управляет включением и отключением, в зависимости от влажности почвы.

По полученным данным с датчиков влажности почвы и воздуха можно сформировать, для каждой стадии роста различных культур свой индивидуальный режим работы, путем программирования таймера на определенное время с нужно подачей необходимого количества воды

Автоматическая теплица может работать как offline так и online, это подразумевает под собой: в случае offline работы с помощью непосредственного ручного контроля; в случае online работы с помощью Ethernet, но для этого требуется установить специальную плату “сетевой шилд”, что позволяет осуществлять контроль параметров с помощью телефона или веб сервиса, также дополнительно можно поставить несколько видеокамер для мониторинга роста растений.

После разработки схемы автоматики, следующим этапом является программирование скетчей. Разработка программного обеспечения основано на языке программирования C++. Программируется контроллер, настраиваются датчики для снятия параметров необходимых для определения состояния микроклимата, настраиваются механизмы.

Основной принцип работы комплекса: контроллер считывает показания с доступных датчиков, которые сравниваются с исходными заданными параметрами. Если имеются отклонения включается автоматическая система, которая включает в себя механизмы проветривания, полива и регулировку искусственного освещения. Перед тем как приступить к эксплуатации теплицы нужно произвести калибровку параметров, так как условия каждой теплицы отличаются друг от друга, а также не забывать периодически просматривать и калибровать эти параметры в случаи сбоев или иных каких то изменениях. Первоначальный процесс отладки достаточно трудо-

185

емкий, но после система становиться проста в управлении и с точки зрения микроклимата в теплице, что позволит нам в дальнейшем собирать свежий урожай с грядок.

Литература

http://arduino.ru/Reference https://www.forumhouse.ru/threads/332339/

https://www.elec.ru/articles/mery-po-zashite-kontaktov-rele-ot-povrezhdeniya-du/ https://habr.com/ru/company/unwds/blog/390601/

УДК 004.415.2

И.В. Фоменко – бакалавр; А.М. Бочкарев – научный руководитель,

ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь, Россия

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММНЫХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ИНТЕГРАЦИИ СРЕДСТВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Аннотация. В статье рассматриваются современные подходы к созданию сложных информационных систем, относительно новое направление IT-индустрии – DevOps-инжиниринг. Приведен краткий обзор программных решений, позволяющих автоматизировать процесс проектирования информационных систем.

Ключевые слова: проектирование, информационная система, DevOps, конфигурация, Ansible

На сегодняшний день процесс проектирования информационных систем (ИС) не выполняется по последовательному (каскадному) сценарию, в силу того, что структура, требования, характеристики ИС должны постоянно изменяться вслед за изменениями в бизнес – процессах и специфике организаций. В случаях беспрестанной модернизации, наиболее гибкой оказалась итерационная модель развития, позволяющая совершенствовать существующие ИС за счет циклического внесения изменений в проект и получения более совершенного программного продукта без необходимости отказываться от старой версии.

Данный сценарий развития за короткие сроки приводит к постоянному возрастанию сложности ИС. Такие проекты характеризуются некоторыми особенностями:

сложность предметной области (большое количество функций, объектов и сложные взаимосвязи между ними);

иерархическую структуру взаимосвязей компонентов, обеспечивающую устойчивость функционирования системы;

186

возможность длительного использования старых приложений и вновь разрабатываемых БД и приложений;

поддержка крупной территориально распределенной сети передачи данных;

функционирование в неоднородной операционной среде. Обеспечение качества таких систем возможно только при непрерыв-

ном согласовании результатов работы между проектировщиками, разработчиками и пользователями. Таким образом, в 2007 году зародилась идея DevOps-инжиниринга.

DevOps (акроним от англ. development и operations) – принцип созда-

ния сложных ИС при котором осуществляется взаимная интеграция рабочих процессов инженеров-разработчиков со специалистами по обслуживанию. DevOps инженеры руководят всеми стадиями проектирования. Они должны быть компетентны в деятельности программистов, тестировщиков, системных администраторов и помогают упростить, автоматизировать и ускорить их работу.

В своей многогранной деятельности DevOps инженеры пользуются разнообразными программными решениями, объединяющими в себе следующие функции:

Управление конфигурацией подразумевает организацию, систематический учет и контроль внесенных изменений в ИС на всех стадиях жизненного цикла (ЖЦ).

Сопровождение – это внесение изменений в ИС в целях исправления ошибок, повышения производительности или адаптации к изменившимся условиям работы или требованиям.

Контроль конфигурации предназначен для систематической оценки предполагаемых модификаций системы и координированной их реализации с учетом эффективности каждой модификации и затрат на ее выполнение.

Инсталляция ИС.

Учет состояния конфигурации представляет собой регистрацию состояния компонентов ИС, подготовку отчетов обо всех реализованных и отвергнутых модификациях версий компонентов.

Управление выпуском и поставка охватывают изготовление эталонных копий программ и документации, их хранение и поставку пользователям в соответствии с порядком, принятым в организации.

Помимо функционала, используемые в работе инструменты должны соответствовать следующим требованиям:

открытая архитектура и возможности экспорта/импорта;

187

адекватная стоимость приобретения и поддержки, опыт успешного использования;

простота использования.

На сегодняшний день существует несколько таких ращений. Наиболее популярные среди них: Puppet, Chef, Ansible и SaltStack. Все представленные средства имеют бесплатную версию с открытым исходным кодом (OpenSource). Мощный функционал реализуется модулями, имеющими разнообразное назначение и поддерживающие почти все операционные системы (Windows, Unix/Linux, macOS), возможность работы с облачными технологиями.

Автоматизация действий инженеров заключена в использовании сценариев - упорядоченных списков задач, сохраненные таким образом, допуская запуск этих задачи в этом порядке повторно. Сценарии могут включать как переменные, так и задачи. Описываются на различных языках, характерных для каждого программного решения: ruby (Puppet, Chef), YAML

или скрипты на python (Ansible и SaltStack).

Однако есть одно значимое отличие, которое может предопределить выбор средства конфигурирования: Ansible не требует установки клиента (агента) на управляемых узлах, что позволяет использовать его для конфигурирования локальных вычислительных сетей и в частности, настраивать сетевое оборудование. А также уделяется внимание безопасности и надежности инфраструктуры, используя OpenSSH для подключения к управляемым узлам с другими режимами подключения в качестве альтернативы.

Литература

1)ГОСТ 34.601-90 Информационная технология (ИТ). Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Стадии создания.

2)Техническая литература о проекте Ansible. Официальный сайт. URL: https://docs.ansible.com (дата обращения: 25.10.2020).

3)Варфоломеева А.О., Коряковский А.В., Романов В.П. Информационные системы предприятия: Учебное пособие. М.: НИЦ ИНФРА-М, 2017. - 283 c.

188

СЕКЦИЯ 6. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОГРАММНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

УДК 004.4

Д.А. Гизатулина – студентка; А. Ю. Беляков– научный руководитель,

ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь, Россия

ОСОБЕННОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ИГРОВОГО ПРОЦЕССА

Аннотация. В статье рассмотрены этапы создания игрового проекта и его моделируемые компоненты. С использованием программы Allfusion ERWin Process Modeler построена модель игрового процесса в нотации idef3, реализующая фронтэнд и бэкэнд игрового проекта.

Ключевые слова: моделирование процессов, геймдизайн, игры, idef3.

Рынок видеоигр постоянно развивается, в частности, в 2020 году объём выручки превысил такие индустрии как музыкальный контент и кинопрокат. Крупные компании, вроде Microsoft, тратят огромные деньги на покупку независимых игровых студий.

В то же время индустрия видеоигр, представленная в мире как многомиллиардными компаниями, так и маленькими студиями до трёх человек, неоднородна.

Следует отметить, что разработка игрового проекта творческий процесс, который сложно формализовать. Итоговый результат сильно зависит от размера бюджета. В связи с этим трудно обозначить конкретные временные рамки для следующих этапов:

1)Preproduction – сбор референсов, концепт, прототипирование,

2)вертикальный срез – максимально рабочая версия игры с полностью реализованными ключевыми механиками, базовые фичи могут быть в зачаточном состоянии,

3)Content production – самый продолжительный этап. Может занимать по времени от года и больше,

4)тестирование (бета-тестирование (открытое/закрытое)),

5)релиз.

Основным документом, сопровождающим разработку, является геймдизайнерский документ (ГДД). Этот документ должен быть кратким, но достаточно информативным. В самом документе могут содержатся ссылки на более подробные его части: техническая документация, разработка визуального стиля (арт), заметки с митингов (брейнштормов), активности, сценарий и прочее.

189

Все этапы разработки игрового проекта сопровождаются соответствующими моделями. В зависимости от жанра и сложности игрового проекта могут быть смоделированы следующие компоненты игры: дерево диалогов, механики игры, карта уровней, балансировка (оружия, брони, магии, фракций), экономика игры, интерфейсы взаимодействия пользователя с игрой.

В рамках нашего игрового проекта рассмотрим подробнее модель игрового процесса (core-loop) (рис.1).

Рисунок 1. Модель игрового процесса (core-loop)

Основной геймплейной механикой рассматриваемого проекта является «копание» различных пород земли для добычи ископаемых и прокачки логова (уровень-хаб). В игре предполагается наличие двух уровней:

Логово – представляет собой вход в шахту, оборудованный «старателем» (игровой персонаж) для временного пристанища.

Шахта – место, где игрок будет проводить большую часть игры. Представляет собой сгенерированный мир, состоящий из блоков, разнообразных биомов, пещер, схронов и находок разной ценности.

Рисунок 2. Запуск игрового режима

190