Разработка унифицированных функциональных модулей и исследование
Скачать 252.99 Kb.
|
Общество с ограниченной ответственностью «Пансофия» (ООО «Пансофия»)
ОТЧЕТ О ВЫПОЛЕННИИ НИОКР по теме
Горно-Алтайск 2008 СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ: Этап 3 Описание и исследование классов модулей системы "ШкРоб-1" в рамках разработанной структурно-интерфейсной модели. Нахождение базового класса системы "ШкРоб-1".
Реферат Отчет 19 страниц, 1 таблица, 7 источников. Описание и исследование классов модулей системы "ШкРоб-1" в рамках разработанной структурно-интерфейсной модели. Нахождение базового класса системы "ШкРоб-1". Ключевые слова: интерфейсы, модули, адаптеры, датчики, контроллеры, управление. Объектом исследования является набор модулей, используемый при разработке и создании проектов на базе конструктора «ШкРоб-1». Цель работы — провести классификацию модулей, которые можно использовать при разработке проектов на базе набора-конструктора «ШкРоб-1»; исследовать полученные классы в рамках структурно-интерфейсной модели и сформировать базовый класс модулей, позволяющий реализовывать функционально-законченные проекты начального уровня. При выполнении работы был проведен анализ технических решений, подходящих для применения в наборе «ШкРоб-1» для выявления и обобщения закономерностей функционирования и взаимодействия различных типов модулей. Результатом анализа явилась классификация модулей, состоящая из семи классов, которая стала расширением множества четырех типовых классов описанных в работе [1] при исследовании понятия типовой проект. Для каждого из классов расширенного множества приведены несколько примеров модулей, отличающиеся друг от друга функциональным назначением или конструктивными особенностями. Класс модулей адаптеров был выделен в качестве основного класса открытой системы, а LPT-адаптер отмечен как центральный модуль базового класса набора-конструктора. В качестве необходимого условия для любого модуля, входить в состав набора конструктора, было сформулировано требование транзитивной совместимости с модулем LPT-адаптера по второму уровню структурно-интерфейсной модели (SI-кортежу). Исходя из принципа минимальной достаточности, был сформирован базовый класс для систем с централизованным управлением, состоящий из четырех типов модулей и расширенный базовый класс для систем с автономным управлением, состоящий из семи типов модулей. Введение Опыт многих поколений разработчиков показывает, что технические системы, если в них не заложены идеи, опережающие текущий уровень развития техники лет на пять - десять, к моменту своего выхода в свет морально устаревают. Существует несколько способов избежать такого системного старения. Первый - заложить в основу разработки такую идею, понимание которой сформируется в обществе только к моменту появления на свет промышленного образца разрабатываемой системы. К сожалению, такие идеи очень редки. Второй способ заключается во внесении в систему изменений и усовершенствований в процессе ее доводки по мере улучшения технологий и накопления опыта работы. Это не очень хороший вариант, т.к. внесение большого количества изменений в готовую и идеологически законченную систему ведет к уменьшению ее надежности и, в конце концов, может привести к провалу проекта. Третий вариант предполагает разработку открытой системы, т.е. системы, подготовленной к модификации и улучшению за счет продуманной гибкой структуры и хорошо проработанных интерфейсов. Такие системы позволяют менять качество функционирования путем изменения конфигурации, добавления и удаления модулей без внесения существенных изменений в концепцию и идеологию конструкции. В данной работе мы постараемся, используя в качестве инструмента структурно-интерфейсную модель, введенную в работе [1], сформулировать такие условия для модулей «ШкРоб-1», соответствие которым делало бы набор-конструктор открытой системой. 1 Расширенное множество классов модулейПеред тем как перейти к обзору технических решений, которые могли бы быть использованы в наборе-конструкторе «ШкРоб-1» напомним, что «ШкРоб-1» - это набор-конструктор для создания электронных и электромеханических конструкций и управления этими конструкциями при помощи компьютера или контроллера. При исследовании понятия «типовой проект» мы рассмотрели четыре класса типовых модулей, обращая основное внимание на интерфейсы межмодульных взаимодействий. В данной работе мы постараемся акцентировать свое внимание на функциональном назначении модулей и, уже исходя из этого, ввести подходящую классификацию. 1.1. Класс модулей адаптеров Первым и, как будет показано ниже, основным из классов новой классификации, является класс модулей адаптеров или модулей сопряжения. В предыдущей работе этот класс рассматривался как подтип класса управляющих модулей. Модули адаптеров обычно используются при сопряжении разнотипных конструкций обладающих собственными интерфейсами. Прежде чем непосредственно приступить к рассмотрению модулей сопряжения, определим, по каким признакам и критериям мы будем отличать модули сопряжения от модулей преобразователей. Модули преобразователи подробнее будут описаны при описании класса датчиков. Общее у тех и других модулей заключается в том, что те и другие модули преобразуют передаваемую информацию, однако модули сопряжения не изменяют физическую природу сигнала, в то время как модули преобразователи преобразуют именно физическую природу сигнала. В модулях преобразователях осуществляются следующие прямые и обратные преобразования: аналоговый сигнал - цифровой сигнал; частота-напряжение; освещенность-напряжение; температура-напряжение и т.п. В модулях сопряжения происходит только преобразование протоколов; изменение уровня сигнала; гальваническая развязка; параллельно-последовательное преобразование; усиление сигнала и т.п. В модулях сопряжения могут наряду с простой «одношаговой» адаптацией сигналов производиться и более сложные «многоступенчатые» преобразования. Например, модуль адаптера COM-порта осуществляет преобразование уровней сигналов (+-12 В к уровням ТТЛ) и преобразование асинхронного последовательного протокола передачи данных в асинхронный параллельный. В дальнейшем нас будут интересовать две ветви класса модулей сопряжения: модули сопряжения со стандартными интерфейсами и модули сопряжения внутренних межмодульных интерфейсов. В большинстве случаев использование стандартных интерфейсов определяется необходимостью передавать данные и сигналы управления к разрабатываемому модулю от стандартных устройств, таких как персональный компьютер, сотовый телефон и т.п. Итак, первая задача, которая ставится для модулей адаптеров - сопряжение разрабатываемых модулей с устройствами, оборудованными стандартными интерфейсами: LPT, COM, USB, IRD, Blue Tooth, Ethernet, WiFi, GSM и т.п. Для решения этой задачи в основном используются стандартизированные схемы многоступенчатых преобразователей, реализованные на специализированных микросхемах или микроконтроллерах. Вторая задача - сопряжение модулей системы между собой. При решении этой задачи, перед разработчиками стоит дилемма: разрабатывать собственные протоколы обмена информацией между модулями или использовать готовые. Отметим, что ведущими фирмами разработчиками автомобильной электроники, офисной техники, и т.п. разработан и стандартизирован ряд интерфейсов, предназначенных непосредственно для создания модульных систем и обмена информацией между модулями. Это такие интерфейсы как I2C, CAN и т.п. [2]. При использовании стандартных интерфейсов и при разработке собственных есть свои положительные и отрицательные моменты. К положительным моментам можно отнести то, что стандартные интерфейсы хорошо проработаны, описаны и протестированы, существуют стандартные модули адаптеров, выпускаемые в промышленных масштабах микросхемы для работы со стандартными интерфейсами. С другой стороны надежность и универсальность стандартного интерфейса обеспечивается избыточностью, совершенно излишней в конструкциях, в которых необходимо передавать информацию только о нескольких различных состояниях объекта, да и то с небольшой скоростью. На вопрос, какой вариант интерфейса выбрать, стандартный или нет, однозначного ответа не существует, принимать решение следует в зависимости от конкретных условий. Поскольку модули сопряжения представляют собой связующее звено системы, как с внешней средой, так и с другими модулями системы, класс модулей сопряжения можно считать одним из основных в разрабатываемом наборе. Самым простым и наиболее универсальным интерфейсом из всех модулей класса адаптеров обладает модуль LPT-адаптера. В терминах работы [1] этот интерфейс обозначается как SP_Prt и обслуживает самые распространенные во многих проектах информационные потоки, такие как AP_DIS и AP_DCS. Основное назначение модуля LPT-адаптера - передача команд управления с компьютера и ввод данных от датчиков в компьютер. Адаптер имеет простой параллельный интерфейс с раздельными сигнальными линиями для ввода и вывода информации. Модуль адаптера также содержит буферные усилительные элементы для развязки LPT порта и внешних устройств, блок индикации и разъемы для подключения внешних устройств. В рамках структурно-интерфейсной модели адаптер имеет следующую классификацию: (X)(f15-2)[4,8](-,+5)AP_Prt0; (-)(f25)[12,4](X)AP_Prt0; (X)(fm5)[0,4] (+>5)AP_Prt0; (X)(f5)[3,0](-,+5)AP_Prt0 [1]. Параллельный интерфейс адаптера позволяет программным путем реализовать различные протоколы передачи данных: от параллельного синхронного до последовательного асинхронного. Выше уже говорилось о том, что модули адаптеров могут быть связующим звеном, как с внешней средой, так и с другими модулями системы и, что класс модулей адаптеров мы выделим в качестве основного класса открытой системы. Другими словами, простота и надежность функционирования позволяют сделать LPT-адаптер основным модулем базового класса набора-конструктора. В связи с этим сформулируем необходимое для любого модуля, условие вхождения в состав набора конструктора. Это условие назовем требованием транзитивной совместимости с модулем LPT-адаптера по второму уровню структурно-интерфейсной модели (SI-кортежу). Для выполнения этого условия потребуем от каждого модуля класса адаптеров преобразования сигналов и протоколов каждого из своих интерфейсов к стандарту LPT-адаптера. Следует заметить, что приведенные ниже технические решения для модулей адаптеров являются далеко не единственными. Ниже рассмотрим несколько модулей, позволяющих преобразовывать различные стандартные интерфейсы к одному из четырех интерфейсов LPT-адаптера. Адаптер COM порта - это модуль, состоящий из двух функциональных модулей - преобразователя уровней и последовательно-параллельного преобразователя. Преобразователь уровней осуществляет сопряжение уровней сигнала (+-12 В с ТТЛ уровнем). Эта задача выполняется микросхемой из семейства MAX232, которая включает DC-DC преобразователь и буферные усилители приемопередатчика [3]. Последовательно-параллельный преобразователь лучше всего реализовывать на контроллере, оборудованном портом USART, реализующим протокол передачи данных RS-232. При невозможности по каким-то причинам использовать контроллер со встроенным портом USART, протокол можно реализовать либо программным, либо программно-аппаратным способом. Интерфейс адаптера COM порта можно описать следующей формулой: (-)(m25)[4,12](-)AP_Prt0; Адаптер USB порта - это модуль, осуществляющий два преобразования: USB-COM, COM-LPT. Часть адаптера, отвечающую за преобразование COM-LPT можно реализовать на PIC-контроллере. Часть USB-COM можно реализовать на микросхеме FT232 [4]. При работе данного адаптера с контроллерами, оборудованными интерфейсом RS-232 (USART) части реализующие преобразование COM-LPT окажутся не задействованными, поэтому следует использовать, по крайней мере, по две модификации адаптеров данного типа. Далее мы только обозначим типы интерфейсов, адаптеры которых, могут быть модулями конструктора «ШкРоб-1». Это: Адаптер IRD порта; Адаптер Blue Tooth; Адаптер Ethernet; Адаптер WiFi; Адаптер GSM. 1.2. Класс модулей автономного управления (контроллеры и программаторы) Модули данного класса (контроллеры) предназначены для того, чтобы осуществлять автономное управление разрабатываемыми устройствами. Модули программаторов используются для программирования контроллеров либо в режиме внутрисхемного программирования, либо в режиме подключения через специальную установочную панель. Существует большое количество программаторов и с различными интерфейсами подключения к компьютеру. Наиболее простыми считаются программаторы с LPT-интерфейсом, работающие в основном под управлением однопользовательской операционной системы. Для удовлетворения потребностей набора ШкРоб-1 предлагается распространенная схема программатора с LPT интерфейсом [5,6]. Так исторически сложилось, что в наших проектах используются в основном PIC-контроллеры фирмы Microchip, а не контроллеры фирмы AVR, Motorola или Intel, поэтому далее без специальных уточнений наравне с термином контроллер мы можем использовать термин PIC-контроллер. Поскольку набор-конструктор имеет образовательное назначение, то очень важными при обучении могут оказаться простые отладочные модули для работы с PIC-контроллерами, включающие интерфейс внутрисхемного программирования, кнопки, соединенные с некоторыми выводами портов, настроенными на прием информации и элементы индикации. Эти модули могут отличаться только наличием или отсутствием отладочной периферии, в качестве которой может выступать модуль со знакосинтезирующим ЖКИ или адаптер сопряжения с компьютером. Рабочие модули контроллеров, так же как и отладочные должны быть оборудованы интерфейсом внутрисхемного программирования, но, в отличие от отладочных, должны обладать разветвленной сетью разъемов для соединения с другими модулями разрабатываемого проекта и ограниченной индикацией, достаточной только для того, чтобы сигнализировать о функционировании управляющей программы. 1.3. Класс модулей датчиков Это достаточно обширный класс модулей, которые служат для взаимодействия проектов с внешней средой. Все модули датчиков работают на преобразовательном принципе, т.е. преобразуют различные физические величины в напряжение, ток или частоту. Значения напряжения, тока или частоты в свою очередь, передаются от модуля датчиков к управляющему устройству по определенному протоколу. Класс модулей датчиков можно разделить на подтипы: 1.3.1 Датчики световые Преобразуют уровень освещенности в напряжение. Существуют модификации модулей датчиков компараторного и непрерывного типов. Обычно световые датчики компараторного типа имеют интерфейс, описываемый формулой: (-,+5)(m5)[0,3](X)AP_Prt. Световые датчики непрерывного типа конструктивно несколько сложнее, чем датчики компараторного типа. Они реализованы на базе аналого-цифрового преобразователя, и их интерфейс может описываться следующей формулой: (-,+5)(m15-2)[1,2](X)SS_Prt. 1.3.2 Датчики барьерного типа Обычно реализуются на базе пары: ИК излучатель – ИК приемник, которые либо направлены в одну сторону (барьерный датчик локаторного подтипа), либо навстречу друг другу (барьерный датчик пересечения светового потока). Для того чтобы избежать ложного срабатывания от помех, сигнал излучателя специальным образом модулируют, а в приемнике сигнал усиливают, фильтруют и детектируют. Датчик имеет интерфейс (-,+5) (m5)[0,3](X)AP_Prt. 1.3.3 Датчики ультразвуковые Обычно реализуют локаторный тип обнаружения объекта. Ультразвуковой сигнал излучается и принимается специальными передающими и приемными УЗ головками на частоте 40 КГц, в некоторых случаях сигнал несущей частоты может быть модулирован низкочастотным сигналом. Датчик имеет интерфейс: (-,+5) (m5)[0,3](X)AP_Prt. 1.3.4 Датчики ударного типа Данный тип датчиков может нести несколько функциональных нагрузок. Извещать о соударении движущегося объекта с препятствием или сообщать о падении объекта на оборудованную площадку. Обычно данный тип датчиков реализуют с использованием пьезоэлементов. Датчик имеет интерфейс: (-,+5) (m5)[0,3](X)AP_Prt. Выходной сигнал дискретный. 1.3.5 Датчики хлопкового типа Данный тип датчиков используют для реализации человеко-машинного интерфейса. Датчики позволяют программным путем отслеживать количество хлопков за единицу времени, которые в свою очередь могут интерпретироваться устройством в качестве команды. Датчики обычно реализуются на базе электретного микрофона и интегрального усилителя. Выходной сигнал дискретного типа. Интерфейс имеет характеристику (-,+5) (m5)[0,3](X)AP_Prt. 1.4 Модули позиционирования подвижного объекта 1.4.1 Модули ориентации на маяк Данный тип модулей позволяет определять направление на ИК маяк, излучающий импульсный или непрерывный сигнал, и оценивать расстояние до этого маяка. Конструктивно датчики могут изготавливаться из двух ИК датчиков освещенности компараторно типа, разделенных светонепроницаемой перегородкой либо из одного датчика освещенности непрерывного типа, работающего в световом диапазоне функционирования маяка. Сдвоенный датчик определяет направление на сигнал по равенству уровней на выходе каждого из датчиков. Датчик непрерывного типа определяет направление на маяк по изменению градиента роста выходного напряжения. Модуль имеет интерфейс: (-,+5) (m5)[0,3](X)AP_Prt. 1.4.2 Модули измерения пройденного расстояния В просторечье такие модули называют курвиметрами. Датчик крепится к пассивному колесу, вращение которого, посредством пары излучатель – фототранзистор, преобразуется в последовательность импульсов. Количество импульсов пропорциональное количеству оборотов колеса, а, следовательно, и пройденному расстоянию, фиксируется контроллером, счетчиком, или непосредственно передается в компьютер. Датчик также может использоваться в качестве измерителя угла поворота. Модули имеют интерфейс: (-,+5) (m5)[0,3](X)AP_Prt. 1.4.3 Модули индикации направления магнитного поля Данные модули предназначены для того, чтобы выдавать сигнал в моменты времени, когда объект поворачивается на 45, 90, 135, 180, 225, 270 и 315 градусов от заданного направления. Каждый модуль состоит из компаса с прозрачным корпусом и четырех оптических пар – светодиод-фотодиод. Выполнение указанных выше поворотов отслеживаются путем фиксации момента перекрытия магнитной стрелкой компаса световых потоков оптических пар. Данные модули являются программно-аппаратными, т.е. текущее состояние модуля определяется предыдущим состоянием и типом осуществляемого в данный момент перехода. «Поведение» модуля может описано конечным автоматом. 1.4.4 Модули дальномерного типа 1.4.4.1 Модули локаторного типа Принцип функционирования модулей данного типа заключается в измерении времени прохождения прямым и отраженным ультразвуковым сигналом двойного расстояния до объекта. Обработка информации о времени прохождения сигнала, и отслеживание сигнала выполняются на PIC-контроллере. 1.4.4.2 Модули триангуляционного типа Модули триангуляционного типа представляют собой распределенную станцию слежения за объектом, состоящую из выносных датчиков (базовых станций) и центра обработки. Для определения расстояния по триангуляционному принципу используется измерение относительного времени распространения сигнала от объекта до нескольких базовых станций, координаты которых известны. Координаты объекта при трех базовых станциях вычисляются путем решения уравнения пересечения трех прямых, перпендикулярных сторонам треугольника с вершинами - базовыми станциями. При этом прямые должны делить соответствующие стороны треугольника пропорционально времени задержки прохождения сигнала до соответствующих базовых станций. 1.5 Модули удаленного управления и передачи данных 1.5.1 Модули радиоканала Модули радиоканала используются для передачи данных и сигналов управления на расстояния от единиц метров до нескольких километров. Расстояние, на которое информация передается, зависит от мощности передающих устройств и чувствительности приемников. Модули радиоканала в основном функционируют в двух разрешенных диапазонах 27 МГц и 433 МГц. Мощность передатчиков в диапазоне 433 МГц ограничена несколькими милливаттами. Интерфейсы типа BlueTooth, WiFi также работают в радиочастотном диапазоне, однако к модулям радиоканала мы их относить не будем. Для реализации модулей радиоканала самый простой и надежный вариант - использовать стандартные модули передатчиков и приемников и стандартные шифраторы и дешифраторы. В своих конструкциях мы пользуемся модулями фирмы Telecontrolly, а шифраторы и дешифраторы фирмы Motorolla. Для большей надежности работы создаваемой конструкции при реализации модулей радиоканала нежелательно выбирать сверхрегенеративные приемники и передатчики с амплитудной модуляцией, которые хоть и имеют невысокую стоимость, но в то же время обладают низкой помехоустойчивостью. Лучше всего для модулей радиоканала использовать приемники, построенные по супергетеродинной схеме и передатчики с частотной модуляцией. 1.5.2 Модули ИК канала Данный тип модулей используется для передачи данных и управляющих сигналов по ИК каналу. Для изготовления модулей ИК канала можно использовать стандартные блоки приемников и передатчиков, шифраторов и дешифраторов. В некоторых конструкциях используются комплекты дистанционного управления для радиоаппаратуры. 1.6 Модули исполнительных механизмов и драйверов управления 1.6.1 Модули с готовыми драйверами исполнительных механизмов. К данному типу модулей мы отнесем механические устройства и механические игрушки промышленного изготовления. Для этой роли лучше всего подходят радиоуправляемые игрушки: машинки, катера, вертолеты. Процесс «адаптации» такой игрушки к набору конструктору заключается в подключение пульта радиоуправления к LPT-адаптеру при помощи модуля транзисторных ключей. 1.6.2 Модули с разрабатываемыми драйверами исполнительных механизмов 1.6.2.1 Модули шаговых двигателей При рассмотрении модулей шаговых двигателей в качестве наиболее простых конструкций можно выделить технические решения с четырехфазными шаговыми двигателями [7] управляемыми транзисторными ключами. Более сложный драйвер – мостовая схема и более сложное управление требуется для двухфазных шаговых двигателей. Модули шаговых двигателей, в зависимости от конструктивного исполнения, могут быть использованы либо в качестве обычных маршевых двигателей для механических тележек, либо как устройства для реализации различных поворотных механизмов. 1.6.2.2 Модули коллекторных двигателей Модули коллекторных двигателей управляются мостовыми схемами. В основном они служат в качестве маршевых двигателей на механических тележках, при использовании редукторов могут быть полезны и в подъемных механизмах. 1.6.2.3 Модули тяговых механизмов К модулям тяговых механизмов можно отнести устройства, приводимые в действие при помощи электромагнитов или соленоидов. Управляются такие механизмы при помощи транзисторных ключей или реле. 1.6.3 Модули аудио-визуального типа К модулям визуального типа можно отнести устройства, реализующие различные световые эффекты под управлением компьютера или микроконтроллера. К таким эффектам можно отнести светомузыкальные панно, мигающие рекламные надписи, бегущие строки и информационные табло. К аудио модулям отнесем различные «говорящие» устройства. Самый тривиальный, но не самый простой способ реализации таких модулей - запись необходимых для воспроизведения оцифрованных звуков в ПЗУ и дальнейшее их воспроизведение в нужный момент времени путем цифро-аналогового преобразования и последующего усиления. Другой вариант реализации «речевых» модулей - использование специальных микросхем фирмы ChipCoder. 1.7 Модули питания Модули питания являются сердцем любого устройства. Однако при разработке любительских конструкций на них меньше всего обращают внимание. 1.7.1 Автономные источники питания 1.7.1.1 Батарейно-аккумуляторные модули или отсеки. Питание осуществляется непосредственно от батарей и аккумуляторов, поскольку это наиболее простой способ обеспечить питание автономно функционирующих устройств. Однако при достаточно большом питающем напряжении и потребляемом токе такие устройства имеют весьма существенные габариты. 1.7.1.2 DC-DC преобразователи. Питание конструкций осуществляется от DC-DC преобразователей, т.е. устройств, которые преобразуют низкое постоянное напряжение в высокое постоянное напряжение или наоборот. Обычно такие устройства снабжены механизмом отслеживания разряда батарей. DC-DC преобразователи, реализованные на специализированных микросхемах, имеют достаточно высокий КПД, однако несмотря на это, они все равно потребляют достаточно большой ток от источника питания. По этой причине DC-DC преобразователи обычно используют для питания слаботочной управляющей аппаратуры, а исполнительные механизмы питаются непосредственно от аккумуляторов или батарей. 1.7.2 Стационарные или сетевые источники питания в большинстве своем состоят из силового понижающего трансформатора и диодного выпрямителя с фильтром низкой частоты. Существует большое количество источников питания заводского исполнения, отвечающие различным требованиям по токовой нагрузке и напряжению. Если же не удается найти в магазине сетевой источник питания с нужным выходным напряжением, то желаемого эффекта можно достичь при помощи простейших интегральных стабилизаторов напряжения. В конце данного раздела хотелось бы отметить, что не все перечисленные выше технические решения просты в реализации, имеют невысокую стоимость и могут быть использованы в наборе конструкторе «ШкРоб-1». Задача следующего раздела настоящей работы заключается в том, чтобы для начального уровня набора конструктора выбрать множество недорогих надежных, многофункциональных модулей, которые были бы просты в изготовлении и использовании. 2 Базовый класс модулей В предыдущей главе мы рассмотрели семь различных классов модулей, которые могут использоваться в проектах, разрабатываемых на базе набора-конструктора "ШкРоб-1". Модули каждого из классов могут быть достаточно универсальными, однако область применения большинства из них ограничена узким кругом проектов. Стоимость многих модулей из-за применения в них микроконтроллеров и других специализированных микросхем также достаточно высока. Некоторые модули, реализующие сопряжение со стандартными интерфейсами, достаточно сложны в управлении. Принимая во внимание эти замечания, можно сделать вывод о нецелесообразности комплектации конструктора всеми типами модулей подряд. В этом случае получится достаточно дорогой и сложный в управлении продукт. Поэтому, при доведении «ШкРоб-1» до конечного потребителя, хотелось бы иметь набор-конструктор, укомплектованный модулями некоего базового класса, который бы удовлетворяли следующим требованиями:
Поскольку конструктор ориентирован в первую очередь на начинающую аудиторию, основными критериями при выборе технических решений для его создания должны быть простота, функциональность, наглядность и надежность. Чтобы обеспечить минимальную функциональность системы, разрабатываемой на основе базового набора модулей необходимо реализовать ряд функциональных требований, часть которых записана в Таблице 1. В Таблице 1 в первом столбце перечисляются условия, которые необходимо реализовать для создания проектов начального уровня, а во втором столбце – модули которые при соблюдении оптимальности критериев цена - качество, эти условия реализуют. Таблица 1
Итак, исходя из Таблицы 1, к базовому классу можно отнести следующие модули:
В комплектацию базового класса можно также включить соединительные кабели питания, LPT-порта, кабели переходников. 3 Проекты базового класса Ниже приведем примеры нескольких проектов, которые можно реализовать с использованием модулей базового класса. В качестве начального проекта, позволяющего проверить навыки пользователя в программировании, предлагается задача управления через LPT-порт, набором светодиодов. Следующий проект – программная реализация управляющей последовательности для четырехфазного шагового двигателя. Проект номер три – управление с клавиатуры радиоуправляемой машинкой. Проект номер четыре – ввод в компьютер данных от датчика освещенности. Пятый проект – установка датчика освещенности на поворотную площадку шагового двигателя и «слежение» за перемещающимся световым объектом. Шестой проект – реализация лазерного тира с подвижной мишенью - датчиком освещенности, закрепленным на поворотной площадке шагового двигателя. 4 Расширенный базовый класс модулей Рассмотренные в Таблице 1 модули обеспечивают возможность разрабатывать проекты, функционирующие под управлением компьютера. Однако подавляющее большинство кибернетических или робототехнических устройств, даже начального уровня сложности должны иметь возможность функционировать автономно и взаимодействовать с человеком на человеко-машинном языке. Основная задача расширенного базового класса - обеспечение автономного функционирования проектируемых устройств. Для возможности создания проектов усложненного уровня помимо модулей базового класса в расширенный базовый класс необходимо включить следующие типы модулей:
Для реализации проекта с использованием мобильной механической тележкой можно дополнить набор еще одним модулем четырехфазного шагового двигателя. 5 Проекты расширенного базового класса Как мы уже говорили выше, расширенный базовый класс модулей предназначен для реализации проектов автономно функционирующих устройств. Проект первого уровня – управление светодиодами LPT-адаптера при помощи PIC-контроллера. Следующий проект – управление направлением вращения шагового двигателя посредством нажатия кнопок на отладочной плате PIC-контроллера. Усложненный проект – механическая тележка с двумя маршевыми шаговыми двигателями. Следующий проект («программно-механический») – механическая тележка из усложненного проекта, двигающаяся по заданной программе. Развитие «программно механического» проекта – тележка, объезжающая препятствия, обнаруживаемые датчиком препятствий. Расширение проекта «развитие» движение по лабиринту. Проект «полоса» - движение механической тележки вдоль черной полосы. Усложнение проекта «полоса» - движение по полосе нарисованной на черно-белых квадратах. Проект «хлопки» - управление движением механической тележки посредством «кодовой» комбинации хлопков. В завершение обзора проектов, которые можно реализовать с использованием модулей базового класса набора конструктора и модулей расширенного базового класса хотелось бы отметить, что описание данных проектов и понимание их технической реализации будет значительно проще и нагляднее, если использовать графико-семантическое описание изображений проектов, которое было введено в работе [1]. Перечисленные выше проекты можно будет найти в описании к набору-конструктору, но самое главное то, что на базе идеи совместимости модулей в терминах SI-кортежей можно разработать методику автоматизированного синтеза проектов из некоторого набора модулей. При этом, если наборы комплектовать повторяющимися модулями, шлейфами-переходниками для стыковки интерфейсов и несколькими центральными модулями типа LPT-адаптера, то можно получать десятки разных проектов не только отдельно функционирующих устройств, но и сложных распределенных систем, структура которых, методика разработки, алгоритмы функционирования могли бы служить темой для отдельных самостоятельных исследований, выходящих за рамки данной работы. Заключение В процессе анализа технических решений, подходящих для применения в наборе «ШкРоб-1» была произведена классификация модулей по их функциональному назначению. Результатом классификации стало описание семи классов модулей новой классификации: класса адаптеров; класса контроллеров и программаторов; класса датчиков; класса позиционирования; класса удаленного управления и передачи информации; класса исполнительных механизмов; класса источников питания. В качестве основного класса открытой системы был выделен класс модулей адаптеров, а LPT-адаптер отмечен как центральный модуль базового класса набора-конструктора. В качестве необходимого условия для любого модуля, входить в состав набора конструктора, было сформулировано требование транзитивной совместимости с модулем LPT-адаптера по второму уровню структурно-интерфейсной модели (SI-кортежу). Исходя из принципа минимальной достаточности, был отобран базовый класс для систем с централизованным управлением, состоящий из четырех типов модулей и расширенный базовый класс для систем с автономным управлением, состоящий из семи типов модулей. В заключение работы были приведены примеры проектов, которые можно осуществить с использованием модулей базового и расширенного базового классов. Список использованных источников
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Разработка унифицированных функциональных модулей и исследование ... | | Методические рекомендации по организации внеаудиторной самостоятельной... Пм 01 Разработка программных модулей программного обеспечения для компьютерных систем |
 | Исследование модели Фрелиха методом функциональных производных Иванов Анатолий Иванович, профессор, зав каф. Теоретической физики и волновых процессов | | Методическая разработка функциональные стили Разговорная речь в системе функциональных разновидностей русского литературного языка 32 |
| Рефератов по дисциплине «Инновации в экспертизе товаров и услуг» Разработка модели товародвижения функциональных продуктов питания в условиях инновационной деятельности | | Разработка полимерного низкочастотного виброизолятора с квазинулевой жесткостью Проведено аналитическое исследование разрабатываемого виброизолятора, его изготовление и экспериментальное исследование. Частота... |
| Опорный план открытого урока Преподаватель Дисциплина: мдк. 01. 01 Системное программирование пм. 01 Разработка программных модулей программного обеспечения для компьютерных... | | Опорный план открытого урока Преподаватель Дисциплина: мдк. 01. 01 Системное программирование пм. 01 Разработка программных модулей программного обеспечения для компьютерных... |
| Исследование цветовой гаммы исследование естественного освещения... Исследование процентного соотношения кабинетов с люминесцентными и электрическими лампами | | Разработка и исследование методов определения видимости полигонов... Целью диссертации является разработка метода, который бы позволил отрисовывать сцены, геометрическая сложность которых, в настоящее... |
| Разработка и исследование технологических основ процесса фотонностимулированного... Разработка и исследование технологических основ процесса фотонностимулированного локального анодного окисления наноструктур на основе... | | Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка и исследование... «Разработка и исследование новых кристаллических, аморфных и наноструктурированных материалов для сцинтилляционных и люминесцентных... |
| Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка и исследование... «Разработка и исследование новых кристаллических, аморфных и наноструктурированных материалов для сцинтилляционных и люминесцентных... | | Реферат: Шайдуров А. Г. Исследование и разработка некоторых графических... Шайдуров А. Г. Исследование и разработка некоторых графических алгоритмов. Квалификационная работа на степень магистра наук по направлению... |
| Рефераты №3 (2012 г.) Разработка, исследование и реализация методов совершенствования теплообменных аппаратов турбоустановок | | Исследование и разработка бионических методов и алгоритмов для решения задач транспортного типа |
