918

УДК 004.896

В.В. Мезенцева – студентка, О.А. Зорин – научный руководитель, канд. техн. наук,

ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь, Россия

РАЗРАБОТКА МАКЕТА РОБОТА, ПЕРЕДВИГАЮЩЕГОСЯ ПО ЛИНИИ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

Аннотация. Данная статья посвящена роботу, передвигающемуся по линии. Рассматривается, где этот работ применяется. Также рассматриваются роботы с манипулятором, какие бывают манипуляторы и где они применяются.

Ключевые слова: робот, передвигающийся по линии, манипулятор, датчик линии, Arduino.

Всовременном мире широко используются автоматизированные и автоматические системы.

Автоматизированная система представляет собой организационнотехническую систему, обеспечивающую выработку решений на основеавтоматизацииинформационных процессов в различных сферах деятельности (управление, проектирование, производство и тому подобное) или их сочетаниях. Автоматизированные системы используются широко в ИТ-сфере и АПК, например: система управления умной теплицей.

Автоматическая система – это совокупность управляемого объекта и автоматических управляющих устройств, функционирующая самостоятельно, без участия человека. В качестве автоматических систем можно рассматривать роботы, так как они работают автономно без участия человека по заранее заданному алгоритму или программе.

Робот, передвигающийся по линии – это самый популярный робот из-за несложной конструкции. В агропромышленном комплексе, как правило, используются роботы на гусеничном или колесном ходу с применением манипуляторов.

Манипулятор – это устройство для управления пространственным положением орудий и объектов труда. Бывают манипуляторы с ручным управлением и с автоматическим управлением.

Вманипуляторах с ручным управлением оператор, оказывая воздействие на звенья управляющего механизма, запускает звенья исполнительного механизма через зубчатые колеса, тросы, рычаги. Но в этом случае максимальные усилия и передвижения исполнительного механизма ограничиваются возможностями оператора. От данного недостатка свободны манипуляторы с сервоприводами, т.е. с вспомогательными приводами, которые запускают отдельные звенья исполнительного механизма по сигналам, которые вырабатываются при движении звеньев управляющего механизма. Также в манипуляторах с сервоприводами легко осуществляется дистанционное управление.

Вманипуляторах с автоматическим управлением звенья исполнительного механизма запускаются от сервоприводов, которые работают по заданной программе аналогично станкам с программным управлением; управляющий механизм служит в таком случае только для выработки программы работы исполнительного механизма. Все действия оператора, которые связаны с перемещением

291

звеньев управляющего механизма, преобразуются с помощью датчиков перемещения в электрические или механические сигналы и записываются на магнитную ленту или перфоленту. Полученная программа может неоднократно использоваться для управления манипулятором [2].

Внаши дни манипуляторы успешно используются в следующих сферах:строительство;расфасовка и упаковка готовой продукции;

производство пищевых продуктов;автомобилестроение;производство деталей;

литейное производство;сельское хозяйство;

перевозка готовой продукции;химическая промышленность;производство мебели;обработка материалов [4].

Вданной статье будет рассматриваться робот на колесном ходу, так как это макет маленького робота и, кроме этого, поверхность полигона будет жесткой, где не потребуется гусеничный способ передвижения. Гусеничный способ передвижения применяется на рыхлых поверхностях, например почва или песок. Рассмотрим принцип работы робота, передвигающегося по линии.

Датчики робота определяют линию и передают соответствующие сигналы на Arduino. Плата Arduino на основании переданных сигналов управляет двумя моторами, которые двигают робота.

Если датчик слева находит черную линию, то левый мотор робота начинает вращаться быстрее, чем правый.

Если правый датчик находит черную линию, то правый мотор робота начинает вращаться сильнее, чем левый.

Если оба датчика обнаруживают черную линию, робот двигается прямо. Если ни один из датчиков не может найти черную линию, то робот будет искать ее, пока не найдет[3].

Для снабжения необходимых автономных функций употреблялось программное обеспечение, написанное на языке Arduino.

Комплектующие робота, который передвигается по линии:

Драйвер двигателя L293D на 4 мотора;

Плата Arduino Uno R3:

2 колеса;

2 мотора с редуктором;

Батарейный отсек на 9 В;

2 датчика линии/препятствия KY-033.

Датчик линии/препятствия KY-033 – это оптический модуль, который обнаруживает преграды в виде белых или чёрных линий.

Важным элементом датчика является оптопара TCRT5000, которая состоит из инфракрасного светодиода и фототранзистора. Внешний вид данного датчика ппредставлен на рисунке 1.

292

Рисунок 1. Датчик линииKY-033

Технические характеристики датчика линии:

напряжение питания: 3÷5 В;

максимальный потребляемый ток: 25 мА;

рекомендуемое расстояние до измеряемого объекта: 3÷20 мм [Ошибка!

Неизвестный аргумент ключа.].

На рисунке 2 представлен макет робота, передвигающегося по линии.

Рисунок 2. Робот, передвигающийся по линии

Далее представлена себестоимость робота, передвигающегося по линии.

Мотор с редуктором (2 шт.) + колеса к ним (2 шт.) = 195·2 = 390 руб.

Драйвер двигателя (1 шт.) = 94 руб.

ArduinoUNO (1 шт.) = 274 руб.

4 батарейки АА = 181 руб.

Отсек для 4 батареек = 22 руб.

Датчик линии (2 шт.) =105·2=210 руб.

Соединительный ПВХ провод (10 метров) = 98 руб.

Корпус. Корпус был создан из подручных средств лаборатории 107 кафедры ИСТ.

Итоговая стоимость проекта: 390+94+274 +181+22+98+210=1 269 руб.

После сборки робота необходимо было провести серию приемочных тестов, чтобы выявить недостатки. У этого робота есть недостатки:

необходимо регулировать датчики;

датчики необходимо располагать очень близко к линии, так как датчики не видят линию, если их расположить слишком высоко.

Таким образом, был разработан макет робота, который передвигается по линии. Было проведено тестирование, которое показало его недостатки. Составные части для робота подобраны так, чтобы робот обладал нужным функциона-

293

лом и был снабжен всем необходимым для дальнейшего развития. Также была рассчитана себестоимость робота.

Литература

1.Датчик линии [сайт]. – URL: https://3d-diy.ru/wiki/arduino-datchiki/datchik-linii- analogovyy/ (дата обращения: 21.11.2022). – Текст: электронный.

2.Манипуляторы или механическая рука робота: [сайт]. – URL: https://www.sites.google.com/site/pervyesagivrobototehniku/home/zanatie3-4(дата обращения:

20.11.2022). – Текст: электронный.

3.Робот, ездящий по линии под управлением Arduino: [сайт]. – URL: http://wiki.amperka.ru/робототехника:робот-с-датчиками-линии-на-arduino (дата обращения: 21.11.2022). – Текст: электронный.

4.Роботы-манипуляторы – виды и особенности применения: [сайт]. – URL: https://vektorus.ru/blog/robot-manipulyator.html (дата обращения: 21.11.2022). – Текст: электронный.

УДК 004.42

А.В. Метелев – обучающийся, И.М. Глотина – научный руководитель канд. экон. наук, доцент,

ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь, Россия

РАЗРАБОТКА ИНТЕРФЕЙСА ПРОГРАММЫ РАСЧЕТА ХАРАКТРЕРИСТИК ЗЕМЕЛЬНОГО УЧАСТК НА ОСНОВЕ КООРДИНАТ УГЛОВ

Аннотация. В статье рассмотрен процесс разработки интерфейса программы, автоматизирующей и упрощающей расчетом характеристик земельного участка для людей, не обладающих специфическими знаниями. Анализируются готовые решения данной проблемы, требуемые характеристики и актуальность создания нового интерфейса.

Ключевые слова: интерфейс, программа, разработка, характеристики земельного участка, анализ готовых решений.

Всероссийский центр изучения общественного мнения в 2020 году представил исследование о том, в каких домах живут россияне. Большинство проживает в многоквартирных домах, таких 65% [2]. Однако немалое число граждан проживает в частных домах и с началом весны спрос на частные дома увеличивается. По данным экспертов Циан.Аналитик, за I квартала 2022 года 22% посетителей сайта cian.ru, интересующихся покупкой жилья этой весной, просматривают объявления о продаже загородной недвижимости [1].

В таком подвижном рынке у простых граждан не может не возникнуть необходимости или простого интереса в измерении характеристик земельного участка. Главным помощником в этом деле для граждан России выступает ЕГРН (Единый государственный реестр недвижимости) с ПКК (Публичная кадастровая карта). Однако не все участки внесены на ПКК. Если в ЕГРН внесены сведения об объекте недвижимости, но не указаны границы, то он не будет отображаться на публичной кадастровой карте [3].

Проанализировав выше изложенные данные, можно сделать вывод, что данная задача, по расчету характеристик участка, актуальна. А ведь рассмотрен лишь один возможный вариант возникновения такой проблемы. Она также может возникать при планировании будущего строительства с соблюдением различных противопожарных регламентов, при планировании полей и в других подобных

294

жизненных проблемах. Причем во многих случаях подобные задачи не имеют готового решения.

Готовые решения на рынке есть, но не все они так просты и удобны для обычных пользователей, как хотелось бы. Ниже будут рассмотрены некоторые из них.

Конструктор карт от Яндекса. Данный конструктор удобен для тех пользователей, которым не важна точность. Он позволяет рисовать необходимый участок прямо поверх карты используя функцию многоугольника. Также возможно размечать различные отрезки. Но из всего этого вытекает ряд недостатков. Вопервых, как говорилось ранее, это не точный инструмент. В нем нельзя построить участок имея готовые координаты, только загрузить метки и строить по ним. Вовторых, по какой-то причине у построенного многоугольника рассчитывается только площадь, а длины сторон нет. В-третьих, сохранение происходит в отдельный файл, который можно запросто потерять. Ну и самое главное, необходимость наличия интернет-соединения.

Мобильное приложение «Измерение площади земли» от One Software App. Данный продукт является интересным вариантом для анализа. Его главным плюсам является то, что оно устанавливается на смартфоны, которыми пользуется подавляющее большинство населения. Смартфон может быть использован как источник координат углов. К сожалению, исходя из отзывов пользователей, оно имеет и ряд недостатков. Например, нет возможности использовать готовые координаты. Как и в случае с конструктором от Яндекс отсутствует возможность получить площадь и длины сторон участка одновременно. Еще одним недостатком пользователи считают отсутствие возможности сохранить полученные результаты.

Существуют также такие профессиональные программы для работы с картами как Mapinfo. Но их рассмотрение нецелесообразно, поскольку они требуют от пользователя некоторых специфических знаний и скорее всего, оттолкнут и запутают его обилием кнопок.

Таким образом напрашивается вывод, что создание простого интерфейса, решающего задачи по вычислению характеристик земельного участка, актуальна.

В ходе анализа было выяснено что для пользователей важны следующие функции интерфейса:

1.расчет площади и длин сторон земельного участка;

2.визуализация на карте и без нее;

3.сохранение полученных результатов;

4.загрузка и редактирование ранее сохраненных результатов;

5.работа без наличия интернет-соединения.

Для разработки интерфейса был создан прототип, он представлен на рисунке 1. Прототип – это наглядная модель пользовательского интерфейса. Он необходим для понимания того, как пользователь будет работать с интерфейсом.

Данный прототип интерфейса должен иметь все необходимые функции, а также должен быть прост и понятен. После создания прототипа был начат процесс

295

написания кода интерфейса. В качестве языка программирования был выбран Python, как один из самых популярных и востребованных языков в IT индустрии.

Рисунок 5. Прототип интерфейса

К данному моменту была разработана первая версия интерфейса программы, она представлена на рисунке 2. Она требует ряд существенных доработок, но часть необходимых функций уже была реализована.

Рисунок 6. Первая версия интерфейса

Разработка интерфейса программы принесет большую пользу. Главная цель данной разработки в помощи обычным пользователям, не владеющим опытом решения подобных задач, но нуждающимся в этом.

Литература

1.Загородный рынок: Спрос растет быстрее предложения. [Электронный ресурс] // Cian :

[сайт]. URL: https://perm.cian.ru/stati-zagorodnyj-rynok-spros-rastet-bystree-predlozhenija-324728 (Дата обращения: 05.10.2022).

2.Почему моего участка нет на публичной кадастровой карте [Электронный ресурс] // Госуслуги: [сайт]. URL: https://www.gosuslugi.ru/help/faq/gaz/101772?ysclid=la953ckog4147222958

(дата обращения: 05.10.2022).

3.«Санкт-Петербургские ведомости» № 012 (6610) от 24.01.2020 под заголовком «Мой дом: как я им управляю». [Электронный ресурс] // Санкт-Петербургские ведомости: [сайт]. URL: https://spbvedomosti.ru/news/country_and_world/vtsiom-uznal-v-kakikh-domakh-zhivut-rossiyane/ (дата обращения: 05.10.2022).

296

УДК 330.332:631

М. А. Мокеров – обучающийся, И. М. Глотина – доцент,

ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь, Россия

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИБОРА ДЛЯ МОНИТОРИНГА ТЕПЛО-ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА В ЦЕХЕ № 9 АО"ПРОТОН-ПМ", Г. ПЕРМЬ

Аннотация. В сегодняшнее время цифровых технологий и компьютеризации, люди в течение дня, нуждаются в правдивых сведениях об окружающей среде. Указанные сведения отображаются с помощью: температуры, влажности, давления.

Ключевые слова: влажность, воздух, платформа, цифровизация, датчик, контроллер, проект.

Функционал тепло-влажностного прибора заключается в показе температуры в помещении, температуре снаружи помещения, измерении влажности, атмосферного давления. Тепло-влажностный прибор в совокупности может изменять несколько величин, относительно погоды. В любом устройстве для тепловлажностного режима должен присутствовать датчик наружной температуры воздуха. С помощью этого датчика можно узнать температуру в любое время суток. Датчик не запотевает и ему не грозит обледенение стекла. Также не страшна темнота и другие природные явления. В этом приборе обязательно должен располагаться датчик давления. Зная параметры давления, можно определить характер метеорологических измерений. Для достижения цели измерения, человек использует современный бытовой цифровой или высокоточный барометр. По своей структуре он не уступает аналогам приборов, которые используются в научных и бытовых целях.

В начале разработки прибора для тепло-влажностного режима используют психрометр Августа.

Aduino Uno является распространенным типом и имеет множество аналогов. Одним из таких аналогов является UNO CH340G, этот аналог значительно дешевле оригинала, хотя в работе разницы нет, разве что производители заменили микросхему ATmega16U2 на CH340G, что существенно удешевило изделие [1].

Указанной выше платформе свойственно питание от внешнего источника от 6 В до 20 В. Если напряжение питания ниже 7 В, выходное напряжение 5 В может быть меньше 5 В, тем самым платформа из-за этого может работать неустойчиво. Если применять напряжение выше 12 В возможен перегрев регулятора напряжения, что, в свою очередь, приведет к повреждению платы. Следует применять диапазон напряжения от 7 В до 12 В [2].

Вход в платформе нужен для питания внешнего источника (при недостатке 5 В от порта USB или иного регламентированного источника питания). Из выхода платформы поступает напряжение питания.

5 В - это источник регламентированного напряжения для питания микроконтроллера и компонентов платы. Питанию свойственно подаваться от вывода

297

VIN через регулятор напряжения или от порта USB, или другого регламентированного источника питания 5 В.

3 на 3 - выходное напряжение. Это напряжение создается встроенным стабилизатором на плате. Ток 50 Ма – максимально потребляемый ток.

ЗЕМНОЙ ШАР. Клеммы заземления. Входы и выходы:

14 цифровых выводов Uno позволяют работать как на вход или выход с помощью функций pinMode(), digitalWrite() и digitalRead(). Действие контактов применимо при напряжении 5 В. В нашем приборе контакты владеют подтягивающим, резистор (в настройках отключен) 20-50 кОм и так же способен выдерживать ток до 40 мА. Иные контакты, в приборе тепло-влажностного режима, имеют специальные функции:

Последовательная шина: 0 (RX) и 1 (TX). Контакты прендазначены для захвата (RX) и передачи (TX) данных TTL. Указанные контакты прибора следует подключить к соответствующим контактам на микросхеме последовательной ши-

ны ATmega8U2 [3].

ШИМ: 3, 5, 6, 9, 10 и 11. Любой контакт обеспечивает ШИМ (широтноимпульсную модуляцию): 8-битное разрешение с использованием функции

AnalogWrite().

СПИ: 10 (СС), 11 (МОСИ), 12 (МИСО), 13 (СКК). Связь SPI возможна через контакты, которые были указаны выше. И так же через связи используется библиотека SPI.

К цифровому контакту 13 подключается встроенный светодиод. Данный светодиод горит тогда, когда значение на контакте превышено.

Платформа Uno в своем составе имеет шесть аналоговых входов (обозначенных A0 - A5), каждый из которых принимает разрешение 10 бит (таким образом он может принимать 1024 разных значений). Стандарт выводов - до 5 В, касательно земли, но верхний предел изменчив при помощи вывода AREF и функции AnalogReference(). Разным выходам свойственно применение определенных функций.

Рисунок 1. Контроллер

298

Датчик DHT22 (он же AM2302) представляет собой простой модуль для измерения температуры и влажности, который имеет не большие размеры. Указанный датчик представлен на рисунке 2.

Рисунок 2. DHT 22

Датчик DHT22. Этот датчик состоит из более чувствительного емкостного датчика и также термистора NTC, но, следует не забывать, что датчик имеет 8- битновую систему, преобразующую аналоговый сигнал от датчиков в цифровой выходной сигнал. Остановим свое внимание на компоненты, которые идут в состав модуля DHT22. Эти компоненты имеют разные параметры, и для того, чтобы показания оставались правдимыми, производитель, свою очередь, калибрует определенный датчик DHT22 в калибровочной камере. В памяти существует поправочный коэффициент, который вызывается при считывании данных. Данные датчики имеют небольшие габариты, что является их первым преимуществом на рынке, а также учтем их большое расстояние передачи (способное передавать до 20 м), низкое энергопотребление. Все же, помимо достоинств, имеются недостатки – это факт задержки показаний.

Данные элементы помещаются в пластиковый бокс, спереди существует отверстие, а сзади залита шпаклевка.

Датчик BMP280 специально разработан для приложений, требующих небольшого размера и низкого энергопотребления, как показано на рисунке 3. Приложения включают в себя навигационные системы, прогнозирование погоды, индикацию вертикальной скорости и многое другое. Датчик имеет высокую точность, хорошую стабильность и линейность [4].

Рисунок 3. Датчик BMP 280

Следует указать технические характеристики датчика BMP280:

Габариты составляют 2 х 2,5 х 0,95 мм;

Давление в пределах 300-1100гПа;

299

Температура от 0С до 65 С;

Поддержка интерфейсов I2C и SPI;

Напряжение питания от 1,7В до 3,6В;

Средний ток - 2,7мкА;

Существует три режима работы: спящий режим, ПРИНУДИТЕЛЬНЫЙ режим (измерение, считывание значений, переход в спящий режим), НОРМАЛЬНЫЙ режим (перевод датчика в циклический режим, т.е. прибор автоматически просыпается через заданное время, происходит измерение, считывается показание, далее измеренные значения сохраняются и возвращаются в спящий режим).

Подключение датчика BMP280 Датчик давления, используемый в этом проекте, имеет шесть контактов, четыре из которых используются:

•Источник питания VCC

•ЗАЗЕМЛЕНИЕ Заземление

•SCL Аналоговый выход

•Аналоговый выход SDA

ЖК-дисплей (рис. 4). ЖК-дисплей можно часто увидеть в ардуинопроектах. Однако в сложных по структуре схемах может возникнуть проблема с дефицитом портов Arduino по причине потребности подключения платы со значительным количеством контактов. Выходом из данной ситуации является переходник I2C/IIC, который подключает практически стандартный шилд Arduino 1602 к платам Uno, Nano или Mega только с 4 пинами [5].

Рисунок 4 LCD 1602 I2C

Необходимо указать технические характеристики дисплея:

Присутствие символьного типа отображение, происходит возможность загрузки символов;

Светодиодная подсветка;

Контроллер HD44780;

Напряжение питания 5 В;

Формат 16 х 2 символов;

Рабочая температура от -20 С до +70 С, температура хранения от -30 С

до +80 С;

Угол обзора равен 180 градусов.

На рисунке 5 представлено подключение дисплея LCD 1602 I2C.

300