ОТСЛЕЖИВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД С ПОМОЩЬЮ РОБОТИЗИРОВАННЫХ ДАТЧИКОВ СО СМАРТФОНАМИ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Таким образом, информационные технологии играют ключевую роль в процессе накопления, распространения и эффективного использования новых знаний, а также способствуют повышению качества и доступности высшего образования [2].

Библиографический список

1. Магомадова З.С. Использование ИС в образовательном пространстве современной общеобразовательной школы // Мир науки, культуры, образования. - №2 (50). - 2015г., с.90-92.

2. Магомадова З.С. Дидактические возможности информационных систем в образовательном пространстве вуза // Мир науки,

культуры, образования. - №5(54). - 2015. - С.206-208.

3. Магомадова З.С., Джабагова С.С. Дидактические аспекты применения мультимедийного обучения в образовательной практике // Мир образования - образование в мире. - №3(63). - 2016. - С.262-267.

4. Магомадова З.С., Джабагова С.С. Ретроспективный анализ процессов информатизации высшего профессионального образования в России // Вестник Московского института государственного управления и права. -№14. - 2016. - С.72-74.

ОТСЛЕЖИВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД С ПОМОЩЬЮ РОБОТИЗИРОВАННЫХ ДАТЧИКОВ

СО СМАРТФОНАМИ

Мамедова Кифаят Аслан кызы Мамедова Бильгейс Азер кызы

Азербайджанский Государственный Университет Нефти и Промышленности,

доцент кафедры «Компьютерная инженерия» Az1010, Баку, Азадлыг 20

WATER WASTE TRACKING USiNG SMARTPHONE ROBOT SENSORS

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ

В этой статье предлагается и обсуждается конструкция робота на базе смартфона для мониторинга загрязнения воды. Регулярный мониторинг водных отходов и мусора представляет большой интерес для окружающей среды, водной флоры и фауны, здоровья человека и водного транспорта. Водный робот на базе смартфона позволяет точно определять отложения и мусор, присутствующие в различных средах.

ABSTRACT

In this paper, smartphone based aquatic debris monitoring robot design is proposed and discussed. Regularly monitoring aquatic waste or debris is of more interest to the environments, aquatic life, human health, and water transport. This paper presents the design of a robotic fish system that integrates an Android smartphone and a robotic fish for debris monitoring. The smartphone based aquatic robot can accurately detect debris in the presence of various environments.

Ключевые слова: водный робот, raspberry pi, ардуино, алгоритм вращения, мобильный робот на базе смартфона, алгоритм CV.

Keywords: Water robot, raspberry pi, arduino, rotation algorithm, smartphone based mobile robot, CV algorithm.

статье обсуждается конструкция роботизированной рыбы и применение алгоритма CV для обработки изображений [1].

Однако конструкция мобильного робота на базе смартфона по-прежнему сталкивается с рядом уникальных проблем, связанных с мониторингом сточных вод. Во-первых, из-за воздействия волн водный робот не может получить стабильное изображение камеры, и, таким образом, ситуация несколько сложнее надежно идентифицировать объекты отходов. Возможное решение - записывать изображения, которые позволяют разместить множество изображений в общей системе координат.

Однако водная среда не определяет ряд характеристик, таких как острый угол, который часто используется при записи изображений. Во-вторых, как движения робота в воде, так и обработка изображений на смартфоне, несмотря на высокое энергопотребление, используют небольшие батареи, в зависимости от форм-фактора и бюджетных ограничений.

1. Введение.

Водные источники и водные экосистемы сталкиваются с различными материальными, химическими и природными опасностями,

климата, опасными процессы химических угрозу для

связанными с изменением промышленным загрязнением и отходами. Некоторые вредные распространения, такие как утечки веществ, также могут представлять здоровья человека и устойчивости экосистемы.

Также любое препятствие вызывает беспокойство в управлении дорожным движением. Когда возникают такие условия, возникает необходимость немедленно определить характеристики процесса диффузии и его источники, в том числе источники. Обычный практический пример все еще используется при мониторинге процессов диффузии воды путем ручного выбора или вспомогательных устройств на лодке / судне. За последние несколько лет произошел значительный прогресс в развитии робототехники для исследования воды. В этой

Наконец, в больших географических районах включение отходов в водные объекты [1] часто происходит нерегулярно, что затрудняет их поиск, обычно с помощью камер смартфонов. Для решения этих проблем в статье рассматривается следующее:

- Разработка простых CV-алгоритмов для установления динамики обнаружения мусора и отходов. Этот алгоритм включает в себя алгоритм записи изображений для получения верхней границы воды и используется для записи изображений, чтобы уменьшить эффекты, вызванные вибрациями камеры.

- Планируется создать адаптивный фон для надежного обнаружения сточных вод в воде. На основе измерения скорости беспроводной связи и ускорения робота реализована система, позволяющая минимизировать энергопотребление, и принимается решение о нагрузке;

- Анализ объемов нестандартных и неопределенных отходов на основе геометрических моделей;

- Разработка алгоритма планирования вращения робота, который минимизирует потребление энергии при сохранении желаемого уровня эффективности осадочного покрова, используя вероятность получения аналитического осадка.

Проведены научные исследования

технологических эффектов изучения

роботизированных рыб с использованием различных алгоритмов. В своей работе Ю Ван описывает обнаружение мусора и отложений водным роботом на базе смартфона в режиме реального времени, а также алгоритмы планирования вращения робота. Куэвас Табарес вводит процедуру от стадии проектирования разработки роботизированной рыбы до применения Tchthus v5.6 [6]. Разработанная система имеет возможности автономной навигации и возможность контролировать качество воды.

Для решения задачи обнаружения отходов и наносов в водной среде были разработаны алгоритмы обработки изображений в воде. Планирование алгоритма вращения обеспечивает эффективное получение случайных записей, несмотря на ограниченную форму камеры.

Активные ограничения, известные как виртуальные фильтры, представляют собой высокоуровневые алгоритмы управления, которые можно использовать для помощи людям в человеко-машинных системах. Активный ограничивающий контроллер соединяет робот-манипулятор с окружающей средой и задачей и регулирует движения для создания анизотропной связи [2].

Этот алгоритм объединяет алгоритм Meanshift с рельефной характеристикой кругового контура для устранения зеркальных изображений и фоновых помех. [3]. Было два способа перемещаться «на корабле» в поисках источника загрязнения с помощью роботов-рыб для наблюдения за окружающей средой. Один был методом дискретного поиска для скалолазания, а другой - алгоритмом сканирования спирального покрытия. В [4] и [5] рассматривается практическое решение проблемы мониторинга экологического процесса на большой территории с помощью нескольких роботизированных датчиков.

2. Предлагаемая методика. Проектирование устройства.

Роботизированный блок состоит из датчиков и камер, которые могут перемещаться как вокруг своей оси, так и вертикально (рисунок 1). Raspberry Pi используется для записи видео и отправки его пользователю через Bluetooth. Роботизированный блок используется для соединения Arduino и Raspberry Pi (процессор ARM).

Цепи управления двигателем используются для управления двигателями. Робот-рыба может перемещаться в воде с помощью двигателя постоянного тока. Двигатель управляется с помощью программируемой панели управления, которая может взаимодействовать с беспроводной линией ближнего действия, такой как USB-кабель или Bluetooth.

Raspberry Pi - это компьютер размером с кредитную карту с телевизором и клавиатурой. Его можно использовать в мощных компьютерных электронных проектах и во многих работах, таких как создание электронных таблиц, обработка текста и создание игр. Здесь также описаны видео с высоким разрешением.

Рисунок 1. Блок-схема роботизированного блока.

Архитектура Raspberry Pi ARM11 отлично работает с системами на базе Linux. Что касается управления и интерфейса, существует 8 типов GPIO, 1 UART, 1 I2C и 1 SPI, которые в основном

Технические характерней

соответствуют требованиям управления. Существуют простые и удобные в использовании библиотеки периферийных устройств с открытым исходным кодом [Таблица 1].

Таблица 1.

I аппаратной части робота

Компонент Особенности

Raspberry pi Raspberry pi (модель В +) Чип

(Модель В+) Broadcom ВСМ2835 и ARM11 SoC архитектура ядра

Arduino Микроконтроллер ATmega328

CMOS Камеры Поддержка разрешения: 640 х 480 и 1600х1200

Бльотуз НС-05

DC Моторы 3-5В DC

Акселерометр ADXL3353- осевое считывание

Ультразвуковой HY-SRP052 канал Logic

датчик Конвертер уровня

расстояния

Датчик газа MQ-3

Обнаружение отходов в реальном времени.

На рис. 2 показано изображение водного робота на базе смартфона с конвейера электронной почты. Принцип его работы основан на наборе элементарных алгоритмов СУ. Однако использование ограниченных ресурсов и жесткие требования к сроку службы системы делают неприемлемым для смартфонов оптимизацию синергетических алгоритмов, требующих такого расчета. Робот, в частности, состоит из компонентов обработки следующих изображений. Эта статья посвящена водной среде.

Регистрация изображений по горизонтали. Регистрация изображений - это процесс адаптации изображений, снятых в разное время, к системе координат. При обнаружении сточных вод требуется запись изображения, чтобы уменьшить влияние вибрации камеры, вызванной волнами.

Регистрация осуществляется путем создания ссылок между изображениями с учетом их отличительных особенностей. Но главная проблема в том, что есть несколько изображений, которые можно идентифицировать в типичной водной среде, допускающей регистрацию.

Удаление фона. Метод стирания фона используется для снижения энергопотребления во время обработки изображения и поиска ненужного объекта на переднем плане. Сначала мы конвертируем описание изображения в модель HSV (оттенок, насыщенность и значение). В HSV цвет оттенка указывает степень предпочтения оттенка, а цена указывает яркость цвета. Использование HSV сильно влияет на охват изменений. Он также более эффективен при интерпретации цветовых свойств в контексте реконструкции водной среды.

Рисунок 2. Обнаружение мусорных объектов в реальном времени.

Идентификация отходов. Изображения переднего плана, описанные в двоичном коде, состоят из случайно распределенных шумовых пикселей (рис. 2, в). Поскольку удаление фона выполняется в пикселях, на передний и задний теги может влиять вибрация (шум) камеры, что приводит к неправильным пикселям переднего плана. Чтобы бороться с этими шумовыми пикселями, мы применяем операцию открытия в морфологии изображения.

Мы воспринимаем это как вводную операцию в морфологии изображения для борьбы с шумовыми пикселями. Операция открытия, которая состоит из потерь, сопровождаемых умножением, отталкивает пиксели шума от потерь, поддерживая истинный передний план посредством умножения. После того, как шум был удален, мы используем увеличенные области, чтобы идентифицировать ненужные объекты на рисунках переднего плана. Пиксели переднего плана используются в качестве отправных точек, и формируется комбинация областей, описывающих возможные ненужные объекты, при этом соседние пиксели переднего плана ассимилируются.

3. Реализация. Робот-рыба имеет длину около 65 см, ширину 50 см (плавники) и высоту 13 см. Алюминий покрыт водонепроницаемым покрытием и сжимает около 18 кг воды. Сигналы камеры, датчика и управления отправляются на плавающую надводную платформу по оптоволоконному каналу.

В основе робота лежит двухтактный двигатель NIMH, обеспечивающий два часа непрерывной работы. Оборудован аккумулятором NIMH. Сенсорные и управляющие сигналы (данные) передаются на надводную плавучую платформу по оптоволоконному соединению. Эта информация используется оператором для управления роботом. В этой статье все датчики, двигатели постоянного тока, подключаются к процессору Arduino (ATmema328) через Bluetooth. Схема интерфейса, показанная на рисунке 3, используется для расчета расстояния до препятствия от реального положения робота. Акселерометр измеряет три положения оси в зависимости от движения или скорости волн в

водной среде. Датчик газа MQ3 используется для измерения количества газов в воде. Если водный бассейн загрязнен большим количеством вредных газов, датчик газа укажет на его наличие. Данные, собранные всеми датчиками, отправляются на смартфон через Bluetooth.

Интерфейс с камерой Расперри-пи. Он обеспечивает легкую обработку изображений с помощью алгоритма CV.

Обнаружение мусора в реальном времени направлено на удаление ненужных объектов со сделанных изображений. Камера состоит из трех модулей светового изображения, которые эффективно справляются с различными динамиками окружающей среды и системы, такими как вибрация и внутренний шум, такими как запись изображений, сбор фона и идентификация мусора. В частности, он сначала регистрирует каждый объект с использованием ключевых характеристик водной среды, таких как береговая линия для внутренних вод и линия горизонта для морских сценариев.

Затем для зарегистрированного кадра выполняется процесс обратного сбора в цветовом поле HSV для идентификации кандидатов в передние пиксели. Наконец, определяется сбор мусора, чтобы убрать шум с переднего плана и идентифицировать мусор.

Во время работы робот-рыба минимизирует потребление энергии аккумулятора, выполняя описанный выше процесс визуализации на основе состояния локальной сети и текущего состояния сети, такого как доступность мобильной сети и скорость соединения, или полностью / частично определяется облачностью.

Планирование ротации по кругу - это завершение фазы мониторинга, когда водный робот на базе смартфона анализирует покрытие обломков на основе предполагаемых обломков и истории наблюдений. Затем он регулирует направление камеры для изменения напрямую и регулирует временной интервал. Из-за ограниченных перемещений источника питания и энергопотребления в водной среде робот-рыба должна эффективно корректировать свое

направление, сохраняя при этом уровень покрытия мусора на любом уровне. Для этого предлагается алгоритм планирования, минимизирующий истощение вращательной энергии. Это изменяется динамической конфигурацией таблицы ротации, основанной на конкретном верхнем пределе степени начального охвата прибытия ротации.

На диаграмме ниже показана блок-схема мониторинга данных в реальном времени с

помощью водного робота. Основное назначение ультразвукового датчика - обнаружение объекта в водной среде. При обнаружении объекта акселерометр отображает координаты XYZ. После подтверждения отходов микроконтроллер принимает решение о перемещении роботизированной рыбы с помощью двигателей постоянного тока: «Уберите отходы воды».

Рисунок 3. Алгоритм мониторинга данных в реальном времени с помощью Aquatic robot

По методу Лагранжа построена математическая модель робота-рыбы, найден координатный центр каждого звена.

Т =

cosidi) -sin(ei) cos(aiJ+1) sinidi) sin(aiJ+1) sini9j) cos(ei)cos(ai j+i) -cosiej sin(aiJ+i) 0 sin(aiJ+i) cos(aiJ+i)

Гидродинамическая мощность модел Рисунок 4 иллюстрирует гидродинамическую мощность модели. 1. Подъемная сила

Fv = npLC2Usin(a) + npLC2Ua cos (а)

2. Ускоряющая сила

5-ю

Fj = npLC2Usin(2a)

3. Гравитация

Fd = п CDx2Sx + CDy^Sy

4. Опорная сила

FP = (FJ(sin(e1) + sin(62) + sin(63)) - (Fv(sin(e1) + sin(62) + sin(63)) 5. Сила, изменяющая силу

Ff = (Fv(cos(91) + cos(d2) + cos(93)) - (FJ(cos(91) + cos(d2) + cos(93)) Робот-рыба реализован в среде Matlab.

Рисунок 4. Модель Simulink в пакете Matlab робота.

На следующем рисунке показаны результаты моделирования модели.

■ t i >1 ■■ [.11-Ч■ 11[.т". Mod&l

А j / НА <у \\

—/V

/ \

к/ \ / \ /_\\ / \\

J \

1 \ V

те( э-ес>

Рисунок 5. Сравнительное описание кривых переходного процесса динамической модели и модели

БтЫвсНатсаЬ

4. Вывод. В данной статье представлена конструкция роботов-рыбок для наблюдения за водной средой. Смартфон Android интегрирован с роботом-рыбой, чтобы делать снимки и получать различные данные с датчиков. Алгоритм CV эффективно обнаруживает мусор в реальном времени.

Использованная Литература

[1] Ю Ван, Жуй Тан, Гуолян Син, Цзяньсюнь Ван, Сяобо Тан, Сяомин Лю и Сянмао Чанг, «Мониторинг водного мусора с помощью роботизированных датчиков на базе смартфонов», публикация конференции IEEE, апрель 2014 г., стр. 13-24

[2] Стюарт А. Бойер, Активные ограничения / виртуальные приспособления: обзор, и Фердинандо Родригес-и-Баэна, член IEEE, Vol. 30, №1, февраль 2014 г., с. 138-157

[3] Чен и Дж. Ю, «Поиск и вход в подводные пещеры с помощью роботизированной рыбы со встроенным зрением», Труды 33-й Китайской конференции по контролю, Нанкин, 2014 г., стр. 8335-8340.

[4] Цзюньчжи Ю, Мин Тан, Цзяньвэй Чжан. Моделирование плавания в духе рыб и

робототехническая реализация. Опубликовано в ISR / Robotik 2010, стр. 1158-1163

[5] Ю Дж., Лю Л., Ван Л., Тан М., Сюй Д. Управление поворотом многозвенной биомиметической рыбы-робота. IEEE Transactions по робототехнике, 2008, 24 (1), 201-206.

[6] Куэвас Табарес Дж., Маклахлан Р.А., Эттенсон, Калифорния, Ривьер, CN. Микроманипуляция клеток с помощью активного ручного микроманипулятора. Proc. 32-й год. Intl. Конф. IEEE Eng. Med. Биол. Soc.2010. pp.4363-4366.

ИНЕРЦИОННЫЙ ВОЗБУДИТЕЛЬ ПЛАНЕТАРНОГО ТИПА

Щукин Сергей Геннадьевич

канд.техн.наук, доцент Новосибирский Государственный Аграрный Университет

г. Новосибирск Чусовитин Николай Анатольевич канд.техн.наук, доцент Новосибирский Государственный Технический Университет

г. Новосибирск Концевой Анатолий Васильевич директор ООО «Ферм-Технологии» г. Новосибирск

INERTIAL EXCITER OF PLANETARY TYPE

Shchukin Sergey Gennadievich

Candidate of Technical Sciences.

Associate Professor Novosibirsk State Agrarian University Novosibirsk Chusovitin Nikolay Anatolyevich Candidate of Sciences in Technology, Associate Professor of the Department of Design of Technological Machines

Novosibirsk State Technical University

Novosibirsk Kontsevoy Anatoly Vasilyevich Director of LLC "Farm-Technologies" Novosibirsk

АННОТАЦИЯ

С целью улучшить качество обработки почвы, исключить комкообразование при вспашке антропогенно-переуплотнённой почвы, насытить поверхностные слои почвы воздухом для активизации микробиологических процессов, выровнять почту для равномерного распределения семян, нарушить капиллярную связь верхних слоев почвы с поверхностью нижних, тем самым сохранить в них талую воду предлагается оснастить навесное сельхоз оборудование вибровозбудителем. Таким образом, благоприятно усилить воздействие, например, бороны на обрабатываемую почву.

В работе рассмотрены некоторые аспекты функционирования физической полноразмерной модели инерционного вибровозбудителя планетарного типа. При лабораторном испытании установлен стук, обусловленный возникновением жёсткого контакта бегуна с корпусом, при котором часть механической энергии расходуется на генерацию звуковых колебаний. Задача, установить причины возникновения удара, область контакта неуравновешенной массы с корпусом вибровозбудителя, с целью управления технологическим процессом возбуждения ударного действия бегуна на корпус.

ABSTRACT

In order to improve the quality of soil tillage, to exclude clodding when plowing anthropogenic over-consolidated soil, to saturate the surface soil layers with air to activate microbiological processes, to level the soil for uniform distribution of seeds, to break capillary connection of the upper soil layers with the surface of the lower ones, thereby to keep melt water in them it is proposed to equip the mounted agricultural equipment with a vibration exciter. Thus, it is favorable to strengthen the impact of, for example, a harrow on the cultivated soil.