CC BY
71
УДК 62-52
Максютов М.М..г Солодимова Г.А., Гусев А.М.
ВГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
РАЗРАБОТКА БЛОКА АДАПТИВНОГО КРУИЗ-КОНТРОЛЯ
Безопасность на дороге играет все большую роль, так как поток машин во всех странах стремительно уплотняется. Сегодня автомобильные аварии относятся к числу основных причин смертности и инвалидности людей в мире. Только в России, с ее весьма скромным по мировым меркам автопарком порядка 50 млн. автомобилей, в дорожно-транспортных происшествиях (ДТП) ежегодно погибает более 35 тысяч человек, более 200 тыс. получают ранения, а ущерб от более чем 2 млн. регистрируемых российской Госавтоинспекцией достигает астрономических размеров. Увеличение потока машин привело еще к одной из проблем современности - возникновению автомобильных пробок в крупных городах.
Мировые автопроизводители, оборудуя машины, уже не ограничиваются средствами пассивной безопасности, такими как ремни и подушки безопасности (фронтальные и боковые), дуги безопасности, устанавливаемые в салоне автомобиля. Для решения задачи предотвращения столкновений все чаще используются многофункциональные электронные системы активной безопасности автомобиля, получившие название систем адаптивного круиз-контроля (АКК). Иными словами можно сказать, что переходя полностью под контроль электроники на дороге, мы значительно уменьшаем субъективный фактор, т.е. избавляемся от влияния человека (сумасбродного, пьяного, любящего полиха-чить, засыпающего за рулем) на ситуацию на дороге, тем самым значительно снижаем риски возникновения ДТП.
Следует отметить, что создание систем АКК и оснащение ими автопарка является одним из наиболее перспективных направлений, сложившихся в ведущих развитых странах, и представляет собой актуальную прикладную проблему, решение которой в настоящее время далеко от завершения. По данным ведущей европейской фирмы Volvo применение систем АКК потенциально позволяет не только предотвратить ДТП (более 70 типовых столкновений из 100), но и рассасыванию автомобильных пробок.
Время самостоятельных поездок закончилось, как закончилось время самостоятельного выхода в радиоэфир для связи с друзьями-радиолюбителями.
Никого ведь уже не удивляет, что для управления машиной нужны права, страховки и техталоны, а не просто запряг телегу и поехал? Осталось убрать человеческий фактор из кабины. Поездка, скорость, маршрут — всем должен руководить единый центр за соответствующую тарификацию. Следует вспомнить, как резко перевернули весь наш быт и методы связи появление мобильных телефонов. Но это не было волшебным изобретением гениального ученого: все принципы работы мобильников, все радиоволны, системы коммутации, всё было известно давным-давно. И в принципе даже существовали военные, олигархи и просто радиолюбители-энтузиасты, которые пользовались радиосвязью.
И примерно такая же ситуация сегодня на планете с автомобильным транспортом. Системы АКК уже есть, но ими пользуются единицы, и встроены они только на дорогие зарубежные марки машин. Освоение производства систем АКК отечественным автопромом позволит снизить их цену и сделать их покупку доступной рядовому автолюбителю.
Сравнительный анализ бесконтактных методов измерения расстояния
Системы АКК должны поддерживать безопасную дистанцию до впереди идущего автомобиля, автоматически регулируя скорость. Основой системы АКК является устройство, измеряющее расстояние между автомобилем и другими транспортными средствами, находящимися на дороге. Это устройство должно быть соединено с тормозной системой, сцеплением, мотором, системой контроля устойчивости трансмиссией.
Принцип работы системы АКК заключается в том, что система АКК поддерживает установленную водителем скорость до тех пор, пока путь свободен, и ничего не препятствует движению. Бортовой компьютер использует информацию, получаемую с измерителя расстояний системы АКК и датчиков рулевого управления и скорости автомобиля. Если перед машиной появился объект, то система АКК автоматически контролирует скорость автомобиля для поддержания заранее установленного расстояния между машинами. Принцип работы системы АКК иллюстрируется рисунком 1.
Рисунок 1- Принцип работы системы АКК
Практически все бесконтактные методы измерения больших расстояний (свыше 1м) основаны на том, что мощным передатчиком в направлении объ-
екта, расстояние до которого должно быть измерено, излучается короткий импульс. Достигнув объекта, этот импульс отражается от него, и
через некоторое время отраженный импульс возвращается обратно и воспринимается чувствительным приемником. Естественно, что время, прошедшее с момента излучения импульса до момента его возвращения, тем дольше, чем больше расстояние до отразившего его объекта, так как скорость распространения сигнала есть величина постоянная. В случае использования радиосигнала скорость распространения сигнала равна скорости света с = 300 000 км/с, и если расстояние до объекта равно, например, 30 км, то ему соответствует затрата времени 200 мкс. В качестве источника излучения могут использоваться акустические сигналы, в основном ультразвуковые, световые (инфракрасные, видимого излучения), радиосигналы.
С целью выбора метода, отвечающего требованиям технического задания, проведем анализ бесконтактных методов измерения расстояний.
1.1 Измерение расстояний с помощью ультразвука
При измерении ультразвуком расстояния используется импульсный эхо-метод. Сущность метода состоит в следующем. В воздух направляются ультразвуковые колебания (УЗК) в виде коротких импульсов, которые следуют друг за другом через определённые промежутки времени (паузы). Полный цикл работы состоит из посылки одного импульса УЗК, и приёма отражённых колебаний (эхо - импульса). Посылка следующего импульса может осуществляться лишь после того, как устройство обработает отраженный импульс. Этот промежуток времени должен быть больше времени, затрачиваемого на прохождение ультразвуковыми волнами пути от излучателя до отражающей поверхности и обратно. Если на пути распространения УЗК встречаются преграда, то происходит отражение колебаний, которые могут быть приняты пьезопла-стинкой без помех со стороны излучателя во время пауз.
Импульсный эхо-метод позволяет обнаруживать преграды и координаты преград.
Недостатком использования ультразвука для измерения расстояний является то, что он действует на небольшие расстояния ( не более 10м), зависит от погодных условий, которые сокращают радиус его действия (туман, снегопад, и т.д.). Данный метод целесообразно использовать при контроле небольших расстояний и относительно малой скорости автомобиля.
1.2 Измерение расстояний с помощью лазера
Лазер обладает рядом уникальных свойств,
связанных с когерентностью, монохроматичностью и высокой направленностью излучения. Сущность лазерного метода при измерении расстояний состоит в том, что к объекту посылается зондирующий импульс, он же запускает временной счетчик в устройстве. Когда отраженный объектом импульс приходит к устройству, он останавливает работу счетчика. По временному интервалу автоматически высвечивается расстояние до объекта.
Погрешность измерений расстояний лазерным методом не превышает тысячных долей процента. В зависимости от модели прибора, дальномеры могут производить вычисления объемов и площадей помещений, а так же иметь различный набор сервисных функций. Максимальная дальность определения расстояния с помощью лазера может достигать до десятка тысяч метров.
Однако для использования лазерного излучения необходимо обеспечить работу в условиях прямой видимости, что достаточно сложно сделать при движении автомобиля. В ряде случаев лазерное излучение заменяют инфракрасным излучением, создаваемым инфракрасными светодиодами. Измерения расстояния с помощью инфракрасных светодио-дов имеют те же недостатки, что и лазерные методы, при этом обладают меньшей чувствительностью и меньшей помехоустойчивостью.
1.3 Измерение расстояний с помощью радиоволн
Радиодальномер - устройство для измерения
расстояний по скорости и времени прохождения радиоволн вдоль измеряемой линии и обратно по-
сле их отражения от конечной точки этой линии. Различают радиодальномеры с пассивным и активным отражением, а по виду излучаемых радиосигналов - с импульсным и непрерывным излучением.
В радиодальномерах с пассивным отражением на вход приёмника попадают два сигнала - прямой, непосредственно с радиопередатчика, и запаздывающий (относительно прямого), после отражения его от объекта, расстояние до которого определяется. В импульсных радиодальномерах излучаемый сигнал представляет собой короткие радиоимпульсы. Индикатор измеряет запаздывание t отражённого импульса относительно прямого; измеряемое таким радиодальномером расстояние зависит от скорости распространения радиоволн. В радиодальномерах с непрерывным излучением используются радиосигналы с периодически изменяющейся частотой, индикатор измеряет разность частот 0 между прямыми и отражёнными колебаниями; измеряемое расстояние зависит от периода модулирующих колебаний и диапазона частот модуляции. Пассивное отражение используется в радиолокации и в радиовысотомерах.
В радиодальномерах с активным отражением применяются две станции - ведущая и ведомая, располагаемые на концах измеряемой линии. Радиосигналы могут быть импульсные и непрерывные - на одной несущей частоте или с модулированной несущей частотой и т.д. Радиосигналы, принимаемые ведомой станцией, преобразуются и ретранслируются. При использовании непрерывных колебаний измерение расстояний производится фазовым методом. Если сигнал выбран с одной несущей частотой ^ то для определения расстояния волны, принятые ведомой станцией с одной частотой колебаний, можно трансформировать в волны с другой частотой колебаний, жестко связанной с частотой исходных колебаний (например, в отношении 2/3, 3/2 и т.д.), и их излучать. Для определения расстояния при этом необходимо индикатором на ведущей станции измерить разность фаз j излучаемых и принимаемых волн после обратной трансформации их частоты.
Наибольшая точность измерения расстояний (около 3x10-6 от измеряемого расстояния) достигнута в фазовых радиодальномерах использующих модулированные радиосигналы в УКВ диапазоне радиоволн с измерением расстояния по сдвигу фаз модулирующих колебаний. Ведущая и ведомая станции в них излучают волны с модулированными по частоте или амплитуде колебаниями с несущей частотой соответственно : и :в, причём :а-где :пр - промежуточная частота в приёмниках станций.
Разность частот модулирующих колебаний обеих станций : - : = Д: выбирают низкой (порядка 1000 гц). Приёмники станций не имеют отдельных гетеродинов, а для преобразования в смесителе несущей частоты в промежуточную используются колебания, наводимые с собственного радиопередатчика. На выходе усилителя промежуточной частоты приёмников получают колебания промежуточной частоты, модулированные по амплитуде синусоидальными колебаниями низкой частоты Д: На ведомой станции после детектирования эти колебания преобразуются в импульсы или в модулированные ими колебания поднесущей частоты и затем полученным сигналом дополнительно модулируют радиопередатчик. На выходе приёмника ведущей станции в результате образуются два низкочастотных сигнала, разность фаз между которыми измеряется индикатором; измеряемое расстояние определяется длиной волны модулирующих колебаний ведущей станции.
Несмотря на высокую точность методов измерения расстояний с активным отражением, они не могут быть использованы для решения поставленной в дипломном проекте задачи, так как для их реализации необходимы два радиопередатчика, устанавливаемых на объектах, между которыми определяется расстояние.
В таблице 1 методом экспертных оценок проведено исследование влияния погодных условий на
измерение расстояний разными методами. Очевид- использованием радиосигнала. но, что всепогодным методом является метод с
_Влияние погодных условий на методы измерения расстояний_Таблица 1
Погодные условия Радиосигнал (радар) Акустический сигнал (ультразвук) Световой сигнал (лазер)
Дневной свет + + +
Слепящее солнце + + + /-
Темнота + + +
Грязь и слякоть + - + /-
Дождь, снег + - -
Помимо работы во всепогодных условиях измерители с использованием радиосигналов обладают более высокой точностью и надежностью, выдерживают жесткие условия эксплуатации (повышенный уровень механических вибраций и перепады темпе-
ратур), практически не подвержены старению и позволяют получить требуемые метрологические характеристики при меньших денежных затратах по сравнению с измерителями, реализованными на других принципах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Соломатин А.С. Разработка радиолокаторов для определения скорости движущегося объекта - М.: Радио и электроника, 1999 г.
2. Аш Ж., Андрэ П., Бофрон Ж. Датчики измерительных систем: В 2-х книгах / Пер. с франц. - М.: Мир, 1992.
3. Парнес М. Применение радарных датчиков в автомобиле/Компоненты и технологии, №12, 2007 г., с.6-10.
4. Левшина Е. С., Новицкий П. В. Электрические измерения физических величин: (Измерительные преобразователи) - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1983.
5. Юрков Н.К. Современные методы повышения эффективности работы полупроводниковых датчиков давления в условиях воздействия повышенной температуры / Н.К. Юрков, И.В. Ползунов, С.А. Москалев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С.4 6-47
6. Юрков Н.К. Концепция синтеза сложных наукоемких изделий / Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 3-5
7. Горячев В.Я. Выбор места расположения компенсаторов для оптимизации затрат на снижение потерь в системе электроснабжения региона / В.Я. Горячев, С.А. Михайлов, Ю.А. Шатова // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 321-322
8. Петелин К.С. Системно-процессный подход в управлении промышленным предприятием / К.С. Петелин, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 439-440
9. Кочегаров И.И. Программно-аппаратный комплекс разработки РЭС на основе ПЛИС и исследования их механических параметров / Кочегаров И.И., Таньков Г.В., Трусов В.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 421-424.
10. Кочегаров И.И. Компьютерный комплекс исследования основных функций микроконтроллеров / Кочегаров И.И., Трусов В.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2006. Т. 1. С. 192-194.
11. Баннов В.Я. Методы построения современных автоматизированных систем / В.Я. Баннов, В.В. Стюхин // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 488-489
УДК 62-192
Егоров А.М., Новиков П.Г.
МИЭМ НИУ ВШЭ «Московский институт электроники и математики Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики», Москва, Россия
РАЗРАБОТКА ПРИЛОЖЕНИЯ «ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ» ДЛЯ СМАРТФОНОВ И ПЛАНШЕТОВ НА БАЗЕ ANDROID
Введение
Приложение разработано под операционную систему Android, ведь большинство смартфонов и планшетных компьютеров сейчас работает именно на этой платформе, а для OC Windows уже разработаны подобные программы. Аналоги на OC Android показывают текущую погоду, давление, прогноз погоды, но не дают пользователю возможности более тонкой настройки и сортировки отображения на карте сейсмической активности и истории землетрясений за выбранный промежуток времени, а также не отображают актуальную на данный момент карту рисков землетрясений по всему миру. Наше приложение ориентированно на узкий круг специалистов, использующих в своей работе данные о сейсмической активности, поэтому мы отказались от показа прогноза погоды и барометра ради снижения потребляемого трафика и занимаемого пространства на диске. Так как приложение ориентированно на смартфоны и планшеты мы постарались предоставить пользователю наиболее полную информацию о мировой сейсмоактивности, потребляя как можно меньше интернет трафика для обновления базы данных.
Структура приложения
Программная часть приложения «Землетрясения» состоит из четырех блоков: базы данных землетрясений, блока работы с сетью, визуальная часть и блок загрузки карты и отрисовки маркеров.
Для работы с базами данных на Android была компактная встраиваемая реляционная база данных SQLite. Библиотека SQLite зарекомендовала как надежная база данных, позволяющая уменьшить время отклика, накладные расходы и упростить программу. Для работы наше приложение создаст независимую реляционную базу на нашем устройстве в каталоге /data/data/<имя_нашего_пакета>/databases.
Сетевой блок программы создает запрос к базе данных веб-сайта. Наше приложение запрашивает координаты и силы, дату и время землетрясений, а также карту рисков и координаты прогнозируемых землетрясений с сайта «comcat.cr.usgs.gov». Выбор формата данных
Запрошенную с сайта информацию мы получаем в виде строки в формате JSON. Мы выбрали формат JSON так как он наиболее подходит для подобных мобильных приложений, и информация в виде JSON занимает меньше места по сравнению с XML. Так как JSON использует только ключевые слова для выделения информации, а не теги для каждого столбца как XML.
Помимо потребляемого трафика XML проигрывает и в скорости обработки данных. На стороне клиентского приложения обработка JSON-данных как ответа на XMLHttpRequest чрезвычайно проста. var person = eval(xhr.responseText); alert(person.firstName); Используя обычный eval(), можно преобразовать ответ в объект JavaScript. Как только эта опе-
