Аппаратно-программное обеспечение модернизированной системы управления роботом Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 04-2/2017 ISSN 2410-700Х

являются экономически затратными (подлежат обязательной сертификации), но в конечном счете увеличивают функциональное значение.

Подведя итого можно сказать, что оптимизация систем пожарной автоматики важный и весьма трудоемкий процесс, результатом которого является надежная, технически современная система, обеспечивающая безопасность людей на высоком уровне. Список использованной литературы:

1. Федеральный закон N° 123. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности. Введ. от 200807-22. Ред. 2016.

URL: http: //www .consultant .ru/document/cons_doc_LAW_78699/

2. ГОСТ 12.1.004-91. Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования. Утв. Постановлением Госстандарта СССР № 875 14. 06. 1991-06-14. Ред. 1993-10-01. Переизданное. - М.: Изд. ФГУП Стандартинформ. 2006 - 64 с.

3. СНиП 21.01.97*. Пожарная безопасность зданий и сооружений. Утв. Постановлением Минстроя РФ № 18-7 1997-02-13. Ред. 1999-06-03, 2002-07-19. - М.: ГУП ЦПП. 2002 - 29 с.

4. СП 5.13130.2009. Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования. Утв. Приказом МЧС РФ № 175 2009-0325. Ред. 2011-06-01 - М.: Изд-во ФГУ ВНИИПО МЧС России. 2011 - 144 с.

5. СП 3.13130.2009. Системы противопожарной защиты. Система оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре. Требования пожарной безопасности. Утв. Приказом МЧС РФ № 173 2009-03-25. - М.: Изд-во ФГУ ВНИИПО МЧС России. 2013 - 10 с.

© Сухоудб Д.Г., Болдырев С.А., 2017

УДК 621.865.8

Д.Г. Токарев

канд. техн. наук, доцент ТГУ, г.Тольятти, РФ E-mail: D.Tokarev@tltsu.ru Ю.А. Францева

студент 3 курса Института энергетики и электротехники ТГУ,

г. Тольятти, РФ E-mail: Ulua26@mail.ru

АППАРАТНО-ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МОДЕРНИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РОБОТОМ

Аннотация

Проведена модернизация позиционной системы управления промышленного робота ТУР-10. Разработано программно-аппаратное обеспечение системы на базе микроконтроллеров Microchip, поддерживающее распределенное управление на основе децентрализованной связи между модулями. Обеспечена поддержка мониторинга состояния системы и ручного управления роботом.

Ключевые слова Робот, управление, микроконтроллер, драйвер, привод, энкодер.

Существующая система управления промышленным роботом ТУР-10 морально устарела.

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 04-2/2017 ISSN 2410-700Х_

При модернизации системы управления роботом предлагается использовать не дорогостоящие промышленные контроллеры, а сравнительно дешевые микроконтроллеры, не уступающие в производительности. Это приведет к удешевлению системы управления без ухудшения её параметров. Проблемой отказа от промышленных контроллеров являются: 1) усложнение разработки алгоритмов управления по причине отсутствия готовых программных блоков, решающих типовые задачи; 2) отсутствие поддержки протоколов взаимодействия со стандартными SCADA-пакетами; 3) сложности при изменении программного кода системы управления, так как программы используют язык C, а не языки программирования промышленных контроллеров.

Основными микроконтроллерами для системы управления были выбраны специализированные чипы фирмы Microchip - микроконтроллеры PIC18F252, dsPIC33FJ128MC802, PIC32MX795F512L.

Задачами микроконтроллера PIC18F252 являются:

1) вывод информации на графический дисплей;

2) участие в сборе информации и отправке команд другим устройствам;

3) обеспечение взаимодействия пользователя с системой.

Микроконтроллер dsPIC33FJ128MC802 используется для управления двигателем. Данный микроконтроллер предназначен для:

1) обеспечения управления двигателем при помощи расширенного широтно-импульсного модулятора (ШИМ);

2) обработки информации с инкрементального датчика положения (энкодера);

3) произведения математических расчётов, необходимых для регулирования;

4) обеспечения контроля тока.

Он обеспечивает передачу данных при стабильной работе на высокой скорости.

Микроконтроллер PIC32MX795F512L необходим для проведения сложных математических расчетов при генерации траекторий перемещений звеньев робота.

Для передачи данных была выбрана последовательная шина I2C. Физически шина представляет собой две линии:

1) SCL - линию синхронизирующих импульсов, используемую для синхронизации передачи данных по шине I2C;

2) SDA - линию передачи данных.

Линии SCL и SDA шины I2C обеспечивают связь всех устройств. Любое устройство системы управления может инициализировать сеанс передачи при условии незанятости шины.

Модуль передачи данных микроконтроллеров полностью поддерживает все функции ведущих и ведомых устройств, включая поддержку общего вызова, аппаратные прерывания по детектированию битов START и STOP для определения занятости шины I2C при конкуренции по шине.

Так как стандарт I2C описывает только низкоуровневый принцип передачи данных, был разработан программный протокол обмена данными.

Основными требованиями к протоколу являются:

1) способность считывания и передачи данных различного назначения (описания);

2) передача относительно большого объема информации (массивов данных, переменных разной длины, цепочек данных, структур);

3) обеспечение целостности данных.

При проведении сеанса передачи данные состоят из следующих полей:

адрес - описание данных - данные.

Благодаря программной библиотеке mikroC и аппаратной поддержке шины I2C микроконтроллером, функции ведомого устройства достаточно просты, так как все необходимые задержки и контроль ошибок осуществляет микроконтроллер, а библиотеки обеспечивают простое управление его аппаратными функциями.

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 04-2/2017 ISSN 2410-700Х_

Ведомое устройство сразу прекращает свою работу при возникновении любой ошибки. Это может быть: занятость шины, отсутствие принимающего устройства, обрыв связи и др. Таким образом, предотвращается «зависание» микроконтроллера при неудачном сеансе передачи данных.

В системе управления существует необходимость передачи простой команды без данных, например, «Авария», «Стоп», «Старт», «Ping». Разработанный протокол позволяет это реализовать. Для этого достаточно указать размер данных, равный нулю.

Разработанное программное обеспечение для передачи данных обеспечивает полноценную децентрализованную связь между модулями, которая является основной в архитектуре системы.

Для мониторинга и ручного управления необходимо обеспечить вывод информации на устройство вывода. В данной системе управления вывод информации осуществляется на стандартный монохромный графический дисплей WG12864B с разрешением 128 на 64 пикселей с двумя контроллерами фирмы Samsung KS0108. Дисплей имеет параллельный интерфейс.

Управляющая подпрограмма (драйвер) представляет собой набор функций, которые могут вызываться из основной программы. Например, при необходимости вывода сообщения, достаточно написать всего одну команду с текстом и координатами сообщения. Это значительно упрощает основной код и отладку программы. В стандартных компонентах mikroC присутствует библиотека для управления подобным дисплеем. Однако, имеющихся функций библиотеки недостаточно для внесения изменений в код драйвера. Поэтому была разработана управляющая подпрограмма для графического дисплея.

При использовании драйвера дисплея возможен простой мониторинг и управление системой в целом.

В микроконтроллере dsPIC33FJ128MC802 аппаратно поддерживается до шести каналов ШИМ для трёхфазных двигателей. В разработанной системе для управления транзисторами в мостовой схеме используются только четыре канала. Кроме того, выбранная несимметричная схема коммутации подразумевает использование комплементарных пар ШИМ для избегания сквозных токов и выхода из строя транзисторов.

Так как в микроконтроллере производятся математические вычисления, была разработана универсальная, для данной системы, функция установки результирующего напряжения на двигателе, то есть функция с входным параметром величины напряжения.

Двигатель обеспечивает реверсивную работу, поэтому необходимо правильное согласование задания с работой модуля ШИМ Была разработана функция согласования с входным параметром напряжения. Алгоритм работы функции заключается в следующем: входной параметр напряжения делится на максимальное значение напряжения и высчитывается абсолютное значение. Если задание больше максимального, то выставляется максимум. Затем рассчитывается параметр скважности для стандартной библиотеки, и в зависимости от знака напряжения выставляются рассчитанные скважности на комплементарных парах. В завершение проверяется статус ШИМ и, если он не включен, производится запуск.

В качестве датчика положения выбран оптический энкодер. После всех настроек обработка сигнала с энкодера производится с помощью аппаратных средств микроконтроллера без прерывания работы основной программы. Это является очень важной особенностью данного микроконтроллера, т.к. для ручной обработки сигнала требуется вызов прерывания, что может негативно сказаться на общей производительности.

Данный регулятор обеспечивает выполнение регулирования задания при возникновении ошибки и применяется в дальнейшем при необходимости повторения заданной траектории.

Список использованной литературы:

1. Водовозов А.М. Микроконтроллеры для систем автоматики: учебное пособие / А.М. Водовозов. - М.: Вологда: Инфра-Инженерия, 2016. - 164 с.

2. Смирнов Ю.А. Технические средства автоматизации и управления: учебное пособие / Ю.А. Смирнов. -СПб.: Лань, 2017. - 456 с.: ил. - (Учебники для вузов. Специальная литература).

© Токарев Д.Г., Францева Ю.А., 2017

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 04-2/2017 ISSN 2410-700Х_

УДК 004.89, УДК 004.056

Цветкова Ольга Леонидовна

канд. техн. наук, доцент ДГТУ, г. Ростов-на-Дону, Российская Федерация Крепер Антон Игоревич Студент ДГТУ, г. Ростов-на-Дону, Российская Федерация E-mail: olga_cvetkova@mail.ru

О ПРИМЕНЕНИИ ТЕОРИИ ИСКУССТВЕННЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ В РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Аннотация

Задача разработки новых методик защиты информации является весьма актуальной областью деятельности, поскольку развитие и внедрение информационных технологий проходят параллельно с совершенствованием методов несанкционированного доступа к информации. При этом особое внимание следует обратить на интеллектуальные методы, например, искусственные нейронные сети. В работе проведен обзор наиболее актуальных угроз информационной безопасности и соответственно основных направлений использования искусственных нейронных сетей при решении задач обеспечения информационной безопасности.

Ключевые слова

Информационная безопасность, защита информации, искусственные нейронные сети.

Постановка задачи. В современном мире стремительно развиваются новые технологии, компьютеры, телефоны, планшеты и другие носители информации. Практически каждый человек хранит нужные данные на электронных носителях, а если этого не делает, то все равно его окружают информационные технологии. Именно по этим причинам на данном этапе развития общества проблема защиты информации очень актуальна. При этом конфиденциальность информации является одним из главных аспектов. Поскольку развитие информационных технологий и внедрение их в повседневную жизнь проходят параллельно с совершенствованием методов несанкционированного доступа к информации, то весьма остро стоит задача разработки новых методик защиты. При этом следует обратить внимание на интеллектуальные методы, в частности, такие как теория искусственных нейронных сетей (ИНС), достижения которой активно внедряются для решения разнообразных задач [1—3].

В работе проведен обзор основных направлений и возможностей использования искусственных нейронных сетей при решении задач обеспечения информационной безопасности (ИБ). Примеры адаптации теории ИНС для области защиты информации представлены в работах [4—7].

Сущность теории искусственных нейронных сетей. Искусственная нейронная сеть представляет собой совокупность соединенных и взаимодействующих элементов (нейронов) [8]. При этом нейроны выполнены в виде процессоров. При подаче входного сигнала на основе существующих правил комбинирования входных сигналов и правила активации на выходе нейрона формируется сигнал, который может отправляться другим нейронам по взвешенным связям. Значение весового коэффициента приводит к усилению или подавлению передаваемого сигнала.

Классы задач, решаемые ИНС, определяются тем, каким образом сеть работает и как она обучается. Существуют три способа обучения ИНС: обучение с учителем (для обучения используются эталонные наборы входных и типичных выходных данных); обучение без учителя (обучение заключается в самонастраивании сети на требуемую реакцию после предъявления эталонных входных сигналов); смешанное обучение.

В общем случае, для решения любой задачи с использованием теории ИНС необходимо выполнить следующие этапы: выбрать модель и топологию сети (число нейронов и их связи), выбрать метод обучения