CC BY
59
Международный научно-исследовательский журнал ■ № 7(38) ■ Август
References
1. Slushkov A.M., Petrov B.I., Levin K.P. Gazofaznoe poluchenie novyh funkcionaTnyh materialov i plenok. I Ukrainskaja respublikanskaja konferencija, Uzhgorod, 1989, vyp.1., s.33.
2. Glezer A.M. Amorfnye i nanokristallicheskie struktury: shodstva, razlichija, vzaimnye perehody. Ros. him. zhurnal. 2002,T.46, №5, s. 57-63.
3. Shmidko I.N., Rodionov E.V. Vlijanie tehnologicheskih faktorov na mehanicheskie svojstva plenok oksida hroma. Trudy IV-j mezhdunarodnoj Samsonovskoj Konferencii “Materialovedenie tugoplavkih soedinenij”, Kiev, Ukraina, 2014 g., s.121
4. Salahova R.K. Vlijanie legirujushhih dobavok molibdena i vanadija na svojstva hromovyh pokrytij Cr(III). 6-ja Mezhdunarodnaja konferencija Pokrytija i obrabotka poverhnosti. Sbornik tezisov dokladov. 2009 g., s.120-122
Черных А.А.
Студент, НИ Томский политехнический университет
АНАЛИЗ И ВЫБОР GPS И AVR МИКРОКОНТРОЛЛЕРА ДЛЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РОБОТОМ
Аннотация
В данной работе будет проводиться сравнительный анализ и выбор GPS модуля и AVR микроконтроллера для позиционирования робота в условиях лесистой местности. Подключение всех элементов.
Ключевые слова: AVR микроконтроллер, GPS, u-blox.
Chernykh A.A.
Student, Tomsk Polytechnic University
ROBOT CONTROL GPS MODULES AND AVR MICROCONTROLLERS ANALYSIS AND SELECTION
Abstract
The article contains comparative analysis and selection of GPS modules and AVR microcontrollers for robot positioning in the woodland, elements connection description provided.
Keywords: AVR microcontroller, GPS, u-blox.
ТРЕБОВАНИЯ СИСТЕМЫ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ НАВИГАЦИИ РОБОТА
В статье “Анализ и выбор систем навигации робота для позиционирования в лесной местности” указаны требования к системе позиционирования и решаемые задачи.
Из задачи движения позиционирования вытекает задача движения робота по траектории. Для этого нужно учесть некоторые факторы.
Для движения по прямой необходимо:
• Начальная точка;
• Направление.
Для определения положения робота в каждый момент времени необходимо:
• Привязка к точке и определение относительно нее текущих координат робота, либо по глобальным координатам.
Для поворота робота необходимо:
• Определения направления в каждый момент времени;
• Определения пройденного расстояния.
Для возвращения направления робота на исходную траекторию после обхода препятствий необходимо:
• Конечная точка;
• Текущее направление движения;
• Текущее положение робота.
Выбор микроконтроллера
Широкий ассортимент, поддержка со стороны производителя, высокая доступность повлияли на выбор используемого микроконтроллера. Также значительным критерием был опыт работы. Поэтому были выбраны
микроконтроллеры семейства AVR от производителя Atmel. Существенным достоинством является наличие среды программирования, рекомендуемая производителем, Atmel studio полной версии, а также компилятора Win-AVR в свободном доступе.
Также представлена среда программирования, ориентированная непосредственно на AVR микроконтроллеры -CodeVisionAVR. Имеется опыт работы в данных средах.
В наличии был контроллер ATmega328, установленный на плате с выводами, внешним кварцом, индикацией портов диодами, а также встроенным программатором, на котором ранее проводились тестирования различной периферии. Поэтому использование данной платы Arduino UNO с МК позволит ускорить процесс разработки и апробирования работы проекта.
На начальном этапе проектирования устройства и испытания на макетном образце мощности (частота тактирования, количество выводов, памяти, прерывания и поддержка протокола UART) МК AVR ATmega328 достаточно.
При необходимости подключения дополнительной периферии, применения объемных программ, требующих большей внутренней памяти и вычислительной мощности возможна замена на более мощный МК AVR с незначительными изменениями, так как настройки регистров остаются прежними.
47
Международный научно-исследовательский журнал ■ № 7(38) ■ Август
Выбор GPS модуля
На рынке электронных компонентов представлено большое количество встраиваемых GPS-модулей, отличающихся техническими характеристиками, функциональными возможностями и ценой.
Итак, для сравнения были взяты последние разработки GPS модулей в ценовом диапазоне от 900 до 1700 рублей с погрешностью от 2,5 метров в зависимости от условий эксплуатации.
Для сравнения были выбраны GPS-модули Locosys версий AC-1513, UC-1513, SC-1513, МС-1513-96, а также u-blox LEA-6M.
В таблице 1 представлены модули и основные характеристики.
Таблица 1 - Основные технические характеристики модулей
Производитель/ Модуль Чипсет Потребление, мА Чувствительность (холодный старт), дБм Чувствительность (рабочий режим), дБм Время старта (Cold/W am/Hot) Число каналов
Locosys AC-1513 Atmel ANTARIS 4 39 -141 -158 42/30/4 16
Locosys UC-1513 ATHEROS 46 -142 -154 38/30/2 20
Locosys SC-1513 SiRFstarIII (GSC3f/LP) 40 -144 -159 38/15/2 20
Locosys MC-1513-96 MediaTek (MT3329) 45 -148 -165 36/33/1 22/66
u-blox LEA-6M u-blox 6 40 -146 -160 32/32/1 18/50
Количество каналов, с которым может работать GPS-чипсет, является одним из самых важных параметров. Каждый канал необходим для обработки одного сигнала от одного из спутников. Большое количество каналов позволяет GPS-чипсету принимать не только прямые, но и отраженные сигналы и использовать их при расчете координат. Другими словами, появляется возможность обработки не только прямого сигнала (часть которого может быть «испорчена» помехами), но и отраженного (который может быть слабее, но без искажений), что позволяет в итоге повысить точность определения координат.
Исходя из представленных характеристик, наибольшую точность и устойчивость работы должны давать GPS-модули на чипсетах MediaTek и u-blox 6 (у них большая чувствительность и большее число каналов).
Принципиальных различий в характеристиках MediaTek и u-blox 6 нет, поэтому был приобретен модуль u-blox 6 (рис. 1), который был в наличии, и меньший по стоимости.
Рис. 1 - Подключение GPS к МК
\
V
48
Международный научно-исследовательский журнал ■ № 7(38) ■ Август
Также преимуществом является наличие официальной программы u-center с сайта производителя для настройки, обновления, прошивки, отображения и анализа данных с GPS, ориентированной на данный чипсет.
Последнее программное обеспечения для чипсета поддерживает ГЛОНАСС.
Литература
1. Статья в PC Week/RE № 9 от 16.04.2004 г., стр. 52; № 10 от 23.04.2004 г., стр. 53; № 11 от 30.04.2004 г., стр. 45. Автор: Сергей Бобровский.
2. Разработка роботов [Электронный ресурс]. URL: http://robot-develop.org/archives/484 Режим доступа: свободный (дата обращения: 21.03.2014).
3. Официальный сайт GPS модулей Ublox [Электронный ресурс]. URL: http://www.u-blox.com/en/ Режим доступа: свободный (дата обращения: 17.06.2015).
References
1. Stat'ja v PC Week/RE № 9 ot 16.04.2004 g., str. 52; № 10 ot 23.04.2004 g., str. 53; № 11 ot 30.04.2004 g., str. 45. Avtor: Sergej Bobrovskij.
2. Razrabotka robotov [Jelektronnyj resurs]. URL: http://robot-develop.org/archives/484 Rezhim dostupa: svobodnyj (data obrashhenija: 21.03.2014).
3. OficiaTnyj sajt GPS modulej Ublox [Jelektronnyj resurs]. URL: http://www.u-blox.com/en/ Rezhim dostupa: svobodnyj (data obrashhenija: 17.06.2015).
Черных А.А.
Студент, НИ Томский политехнический университет АНАЛИЗ И ВЫБОР СИСТЕМ НАВИГАЦИИ РОБОТА ДЛЯ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ
В ЛЕСНОЙ МЕСТНОСТИ
Аннотация
В данной работе будет проводиться сравнительный анализ систем для позиционирования роботов и выбор наиболее подходящей для дальнейшей работы.
Ключевые слова: AVR микроконтроллер, GPS, гироскоп, RTK, цифровой компас.
Chernykh A.A.
Student, Tomsk Polytechnic University
ROBOT NAVIGATION SYSTEM ANALYSIS AND SELECTION FOR POSITIONING IN THE WOODLAND
Abstract
This work describes robot positioning systems analysis and selection of the most suitable system for further work. Keywords: AVR microcontroller, GPS, gyroscope, RTK, digital compass.
Известные технические решения
Уже существуют роботы, которые также работают на открытой местности, и имеют систему навигации:
• Yeti - робот для антарктических экспедиций;
• Робот Пластун - разведывательный робот.
Разработка системы навигации робота
Каждая компания или фирма, которая проектирует и конструирует роботов, использует определенный набор средств, позволяющий решать задачу позиционирования в определенных условиях.
Для этого подбирается управляющий узел (микроконтроллер, ЭВМ) и набор датчиков и модулей.
На рынке представлено множество готовых модулей, которые напрямую подключаются к микроконтроллеру, что существенно облегчает задачу разработки устройства.
Как правило, конструктивные особенности роботов для решения тех или иных задач накладывают ряд ограничений. Это может быть разная реализация поворотного механизма. Различные габариты платформы и мощность двигателей, скорость движения, маневренность, рабочая среда и т.д.
Поэтому разработчики берут в расчет конструктивные особенности и применяют уже конкретные модули для решения поставленных задач. Учитывая специфичность среды работы робота, будем проектировать свою систему.
В основном на рынке представлены готовые роботы, то есть платформы с системой навигации. Основную ценность в данных системах представляют алгоритмы и разработанные по ним программы. Как правило, они в закрытом доступе и применяются в готовых устройствах. Программное обеспечение индивидуально, поэтому на рынке на сегодняшний день фактически не существует универсальных решений.
Поэтому будем разрабатывать свою систему позиционирования робота для автономного движения робота в условиях леса с точностью 4 метра.
АНАЛИЗ СИСТЕМ НАВИГАЦИИ РОБОТА
Для реализации систем навигации необходимо использовать набор модулей, который зависит от требуемой функциональности, точности и других параметров.
Определение положения робота в каждый момент времени (“Где я нахожусь”), движение робота по прямой, разворот робота в противоположное направление, и возвращение направления робота на исходную траекторию после обхода препятствий сводится к задаче позиционирования и ориентации робота в пространстве.
Рассмотрим основные применяемые модули, и выберем наиболее подходящий.
49
