Додаток призначений для передачі керуючих команд на МК

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

КРЕМЕНЧУЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ МИХАЙЛА ОСТРОГРАДСЬКОГО

 

ІНСТИТУТ  ЕЛЕКТРОМЕХАНІКИ ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ І СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ

 

Кафедра СИСТЕМ АВТОМАТИЧНОГО УПРАВЛІННЯ

 

 

Пояснювальна  записка

до курсової роботи з навчальної дисципліни

«МІКРОПРОЦЕСОРНі ПРистрої»

 

Тема курсової роботи:

«РОЗРОБКА ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ДЛЯ

Керування процесом роботи роботу ТУР-10»

 

 

 

 

 

Розробив:      студент групи СІ-08-1

Неборак Олександр Ігорович

№ залікової книжки 083121

 

Керівник проекту:     Конох І.С.

 

 

 

Кременчук 2011 

Форма № У 6.01

 

________________________________________________________________________________

(назва вищого навчального  закладу)

 

Кафедра ________________________________________________________________________

Дисципліна _____________________________________________________________________

Спеціальність ___________________________________________________________________

Курс _________ Група _____________ Семестр _______________________________________

 

ЗАВДАННЯ

на курсовий проект (роботу) студента

________________________________________________________________________________

(прізвище, ім’я, по батькові)

1. Тема проекту (роботи) __________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Строк здачі студентом закінченого  проекту (роботи) ________________________________

3. Вихідні дані до проекту  (роботи) _________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Зміст розрахунково-пояснювальної  записки (перелік питань, що підлягають  розробці) ____

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень) ___________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Дата видачі завдання ___________________________________________________________

КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН

№ п/п	Назва етапів курсового проекту (роботи)	Строк виконання етапів проекту (роботи)	Примітки

 

Студент ___________________________________

(підпис)

Керівник ___________________________________ _________________________________

(підпис)      (прізвище, ім’я, по батькові)

«_____»  ______________________________ 20 ___ р.

 

РЕФЕРАТ

 

Курсова робота містить: 16 сторінок, 8 рисунків, 6 літературних джерел.

Тема курсової роботи: додаток призначений для передачі керуючих команд на МК.

Об’єкт розробки – робота з COM-портом у ОС сімейства MS Windows.

Мета роботи – Розробка алгоритму та програми

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

COM-ПОРТ, ДОДАТОК, ПРОГРАМНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ, КЕРУЮЧІ СИГНАЛИ, МІКРОКОНТРОЛЛЕР, ТУР-10.

 

 

 

ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ

 

ОС – операційна система.

ПЗ – програмне забезпечення.

МК – мікроконтроллер.

 

ЗМІСТ

 

 

 

Вступ

 

 

Значні досягнення у  галузях обробки інформації, машинного  зору, теорії керування та цифрової обробки сигналів як на апаратному, так і на програмному рівнях дають можливість представлення, аналізу та розуміння динамічно змінюваних дорожніх умов, а також реагування на ці умови автономних транспортних засобів. Розробка систем керування автономними транспортними засобами є актуальною задачею тому що забезпечує значно більшу безпеку та зручність ніж ручне керування.

 

1. Аналіз технічного завдання

Мета роботи і задачі дослідження. Розробка алгоритму та програми керування процесом роботи роботу ТУР-10.

 

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

• розробити конструкцію нестійкого двоколісного транспортного засобу;
• розробити алгоритм керування;
• розробити програмне забезпечення.

Об'єкт дослідження є нестійкий двоколісний транспортний засіб на базі Mindstorm LegoNXT .

Предмет дослідження являється система керування транспортним засобом з ПІД-регулятором. В якості якого виступає датчик світла.

При вирішенні поставлених задач  використовувались загальні методи теорії автоматичного керування  та програмування.

Розроблена модель нестійкого двоколісного транспортного засобу. Для забезпечення стійкого положення рівноваги була розроблена програма керування з  ПІД-регулятором.

У роботі показана можливість розробки систем керування транспортними  засобами з використанням регуляторів.

2. Схемотехнічне завдання

1. Огляд продукції LEGO NINDSTORMS як елементної бази для створення зразків транспортних засобів 

NXT є «мозком» робота MINDSTORMS^®. Це інтелектуальний, керований комп'ютером елемент конструктора LEGO^®, що дозволяє роботу MINDSTORMS ожити і здійснювати різні дії.

Структура NXT:

• NXT оснащений трьома портами виходу для підключення моторів. Щоб мотор працював, він повинен бути підключений до одного з портів A, В або C
• NXT Оснащений чотирма портами входу для підключення сенсорів. Сенсори необхідно підключати до портів 1, 2, 3 або 4.
• Є можливість підключитт кабель USB до порту USB та завантажувати програми c комп'ютера на NXT (або передавати дані від робота на комп'ютер). Для завантаження та обміну даними можна також використовувати 6еспроводний канал Bluetooth.
• Створіть програму з реальними звуками, при запуску програми звуки будуть відтворюватися. Кнопки NXT Помаранчева кнопка: Вкл. / Введення Світло-сірі стрілки: використовуються для переміщення вліво-вправо по меню NXT. Темно-сіра кнопка: Видалити / повернутися.
• Помаранчева кнопка: Вкл. / Введення Світло-сірі стрілки: використовуються для переміщення вліво-вправо по меню NXT. Темно-сіра кнопка: Видалити / повернутися.

 

Технічні параметри:

• 32-бітовий мікроконтроллер ARM7 256 Кбайт FLASH, 64 КБ RAM 8 - бітовий мікроконтроллер AVR 4 Кбайта FLASH, 512 байт RAM Бездротовий канал Bluetooth (пристрій відповідає вимогам Bluetooth Class IIV 2.0)
• Швидкісний порт USB (12 Мбіт / с)
• порта входу, 6-дротовий кабель для цифрової платформи (Один з портів включає порт розширення, відповідний вимогам I ЄС 61158 Туре 4/EN 50170 для використання в майбутньому)
• порти виходу, 6-дротовий кабель для цифрової платформи
• Графічний ЖК-дисплей 100 х 64 пікселів
• Гучномовець - якість аудіо 8 кГц. Аудіоканал c 8-бітовим квантуванням і частотою семплірованія 2-16 КГц. Джерело живлення: 6 батарей типу АА

2. Вибір датчика для системи керування

Сенсор освітленості (або колірної сенсор) з набору Lego Mindstorms NXT (Що зображений на рис. 2.1), один з найбільш використовуваних сенсорів при конструюванні та програмуванні Lego-роботів.

Рисунок 2.1 – Датчик освітлення

 

По внутрішньому устрою, він не такий складний як сенсор відстані. Основним елементом у ньому є  світлочутливий елемент (фоторезистор або фототранзистор рис. 2.2).

Рисунок 2.2 – Будова  датчика

У режимі вимірювання навколишнього  освітлення, кількість світла, що потрапило  на світлочутливий елемент, перетворюється в цифрове значення, яке вже  використовується в програмі. Наприклад, з датчиком, що працює в цьому режимі, можна зібрати робота, який шукає саме освітлене місце у кімнаті як на рис.1.3.

Рисунок 2.3 – Принцип дії датчика

У режимі вимірювання відбитого  кольору, крім світлочутливого елемента, активується світовипромінюючий елемент (світлодіод). Світло, випущене цим елементом, відбивається від якої-небудь поверхні і потрапляє назад у світлочутливий елемент.

Залежно від того наскільки світла відбиває поверхня, в світлочутливий елемент приходить більше світла. Ця кількість світла перетворюється в цифрове значення і передається в програму. Чим темніше поверхню, тим менше світла приходить - в програму приходять маленькі значення; чим світліше поверхню, тим більше світла приходить - програма оперує з великими значеннями.

Датчик світлочутливості являється  ПІД-регулятором. Пропорційно-інтегрально-диференціальний (ПІД) регулятор - це пристрій у колі зворотного зв'язку, що використовується в системах автоматичного управління для формування керуючого сигналу. ПІД-регулятор формує керуючий сигнал, який є сумою трьох доданків, перше з яких пропорційно вхідного сигналу, друге - інтеграл вхідного сигналу, третє - похідна вхідного сигналу.

Якщо якісь із складових не використовуються, то регулятор називають пропорційно-інтегральним, пропорційно-диференціальним, пропорційним і т. п.

Призначення ПІД-регулятора - в підтримці  заданого значення x0 деякої величини x за допомогою зміни іншої величини u. Значення x0 називається установкою, а різниця e = (x0 - x) - нев'язкої або неузгодженістю.

Вихідний сигнал регулятора u визначається трьома складовими:

,

де Кp, Кi, Кd - коефіцієнти посилення  пропорційної, інтегральної і диференціальної складових регулятора, відповідно.

Пропорційна складова, відповідає за позиціонування системи у заданому стані. У певних випадках може викликати пере регулювання з послідуючими автоколиваннями. Тобто ПІД-регулятор може «перестаратися» і робота буде заносити із сторони у сторону.

Інтегральна складова накопичує від’ємний  досвід (сумує помилки) і викликає компенсуючи дію. При найменших відхиленнях пропорційна складова «ослабіває» і інтегральна, за рахунок свого швидкого збільшення сумуванням, допомагає «дотягнути» установлену величину до встановленої.

Диференційна складова слідкує за швидкістю зміни стану системи і протидіє можливому пере регулюванню. В деяких випадках Д-складова має протилежний знак навідмінно пропорційної, а в деяких співпадає.

3. Розробка конструкції транспортного засобу

На рис. 2.4 зображено структурну схему транспортного засобу на базі Lego NXT.

Рисунок 2.4 – Структурна схема

Наша программа в LabView, компілюється і передається на пристрій по каналу Bluetooth або за допомогою USB.

Lego Mindstorm має два мікроконтролери ARM7 і Atmega48, що взаємодіють між собою за допомогою інтерфейсу I2C.

Рисунок 2.5 – Внутрішня будова Lego NXT

Дисплей  з’єднаний з ARM7 SPI-шиною. А Bluetooth шиною UART. До цього ж мікроконтроллера приєднаний динамік. Клавіші приєднані  до Atmega48. До обох контролерів під’єднанні порти вводу/виводу.

На рисунку 1.6 зображений зовнішній вигляд транспортного засобу segway. Ця конструкція вибрана не випадково, адже від неї залежить на скільки стійкий буде наш транспортний засіб. Саме тому головний блок був закріплений як найнижче так як являється центром маси. До головного блоку Lego NXT ми додали мотори з колесами з кожного боку. З верху був закріплений «водій» на серводвигуні. Датчик освітленості був закріплений максимально близько до землі, перпендикулярно головному блоку.

Серводвигун що підключений до порту  А знаходиться в рухомому стані, для того щоб можна було скоригувати  центр маси робота. Після запуску програми він фіксується.