CC BY
149
Рис. 4 - Функциональная схема устройства
Шаблон проекта (JN-AN-1061) предоставляет готовую форму для быстрой разработки вариантов предполагаемых устройств. Доступны исходные коды для координатора, маршрутизатора и конечного устройства. Проект может быть модифицирован, таким образом, чтобы наиболее точно соответствовать решаемой задаче. Программирование осуществляется на языке "C" в интегрированной среде Eclipse. Все инструменты разработчика доступны в виде сборок.
Заключение
Целью работы являлось рассмотрение аппаратной платформы микроконтроллера NXP JN5148 и предоставляемого программного стека протоколов связи JenNet применительно к построению систем мониторинга микроклимата помещений. Полученные результаты позволяют сделать вывод об очевидном преимуществе в скорости и простоте разработки беспроводных сенсорных сетей на базе принятой платформы.
Литература
1. http://www.jennic.com (дата обращения 29.03.2014).
2. Еркин А. Особенности проектирования беспроводных ZigBee-сетей на базе микроконтроллеров фирмы Jennic // Беспроводные технологии. - 2010. - № 2. - С. 20-24.
3. Баскаков С. Беспроводная система мониторинга состояния строительных конструкций // Беспроводные технологии. - 2010. - № 3. - С. 52-54.
4. Datasheet SHT1x (SHT10, SHT11, SHT15). [Электронный ресурс] URL:
http://www.sensirion.com/fileadmin/user_upload/customers/sensirion/Dokumente/Humidity/Sensirion_Humidity_SHT1x_Datasheet_V5.pdf (дата обращения 27.04.2014)
5. Datasheet. BMP085. Digital Pressure Sensor [Электронный ресурс] URL: http://kr.bosch-
sensortec.com/content/language3/downloads/BST-BMP085-DS000-06.pdf (дата обращения 27.04.2014).
Ушакова Н.О.
Студент, Волжский политехнический институт (филиал) Волгоградского государственного технического университета ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ДВИГЕТЕЛЕЙ СТИРЛИНГА
Аннотация
В данной статье представлен двигатель Стирлинга - тепловая машина, работающая не только от сжигания топлива, но от любого источника тепла, например — солнечных лучей. В данной статье приведены примеры использования этого двигателя.
Ключевые слова: двигатель Стирлинга, тепловая машина, топливо.
Ushakova N. O.
Student, Volga polytechnical institute (branch) of the Volgograd state technical university PROSPECTS OF APPLICATION OF THE STIRLING BY DVIGETELYA
Abstract
The engine of Stirlinga is presented in this article - the thermal car working not only from burning offuel, but from any source of heat, for example — sunshine. In this article examples of use of this engine are given.
Keywords: engine of Stirlinga, thermal car, fuel.
Двигатель Стирлинга — тепловая машина, в которой жидкое или газообразное рабочее тело движется в замкнутом объёме, разновидность двигателя внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объёма рабочего тела. Может работать не только от сжигания топлива, но и от любого источника тепла.
Двигатели Стирлинга имеют весомые преимущества сравнительно с двигателями внутреннего сгорания, такие как:
- незначительная затрата смазочных материалов;
- очень низкие выбросы основных вредных веществ, на порядок низшие, чем ДВС, благодаря постоянному сгоранию топлива в благоприятных условиях;
- незначительная шумность двигателя Стиргинга, что объясняется отсутствием механизма газораспределения, а также плавным непрерывным процессом сгорания, в отличие от взрывоподобного сгорания в цилиндрах ДВС;
- небольшой объем технического обслуживания;
- а также независимость к конкретному веществу двигателя Стирлинга.
К недостаткам можно отнести громоздкость, так как делать компактные, надёжные и мощные теплообменники очень трудно.
На сегодня, изготовление двигателя Стирлинга нуждается в больших средствах, чем обычные ДВС, тем не менее, его эксплуатация - значительно экономичнее (но затратность производства можно объяснить неприспособленностью промышленности к изготовлению двигателей Стирлинга).
Исключительное свойство двигателей Стирлинга, что разрешает применять нетрадиционные топлива, например, биогаз, уголь и даже отходы деревообрабатывающей промышленности, а также использование любых других видов энергии делает их особенно привлекательными в связи с использованием энергии из возобновляемых источников.
74
На автомобилях двигатели Стирлинга не приобрели распространение, через значительный удельный вес на единицу мощности, а также из-за сложности системы управления двигателем в быстроменяющихся эксплуатационных режимах. Хотя их и применяют в составе комбинированных энергетических установок, как утилизаторы теплоты выбросов ДВС.
А на таких транспортных средствах как яхты, атомные подводные лодки, космические корабли, двигатели Стрилинга применяются довольно широко. Поскольку в этом случае вес и габариты двигателя не являются решающими факторами, именно надежность определяет его роль как идеального кандидата для преобразования тепловой энергии в механическую. Благодаря тому, что двигатель Стирлинга практически не нуждается в техническом обслуживании и регулировании, он может быть размещен в изолированной части корпуса, что важно в случае трудного доступа (на подводных лодках или космических кораблях). Например, NASA (National Aeronautics and Space Administration - Национальная Администрация Аэронавтики и Космонавтики США) вплотную занимается разработкой и усовершенствованием двигателей Стирлинга, успешно внедряет их в космических аппаратах, тем не менее детальная информация о таких разработках не распространяется.
Итак, развитие науки и техники обусловило образование новых “экологических ниш”, где с успехом может применяться двигатель Стирлинга.
Рис. 1 - Солнечная энергетическая установка
В частности, на рис. 1 приведен пример солнечной энергетической установки. Довольно высокий КПД, простота и надежность конструкции двигателя Стирлинга предопределяют эффективность его использования в таких системах. Солнечный свет фокусируется вогнутыми зеркалами для разогрева двигателя (как источник тепла). Охладителем может быть окружающий атмосферный воздух. Имеем экологически чистый источник энергии, так необходимый в современном мире.
Возможное также применение обратного цикла Стирлинга. Если приводить двигатель Стирлинга в движение каким-нибудь внешним устройством, тогда “горячий” цилиндр будет охлаждаться, а “холодный” - будет разогреваться. Если при этом подогревать “горячий” цилиндр, например, окружающим воздухом, то “холодный” цилиндр будет разогреваться к высшей температуре. При этом внешняя энергия тратится не непосредственно на разогрев, а на “перекачивание” тепла из холодного места в теплее, что значительно эффективнее. Т.е. двигатель Стирлинга функционирует в режиме теплового насоса, и образовывает теплоту для целевого использования.
Криокулер Стирлинга также работает по принципу теплового насосу, но применяется как холодильная установка для получения очень низких температур. В широких масштабах их начали изготовлять уже 15-20 лет тому - преимущественно для использования в военной технике: на танках и самолетах необходимо было устанавливать высокочувствительные датчики и приемники, охлаждаемые до температуры -200°С. Для такого охлаждения и было разработано криокулеры, работа которых основывается на обратном цикле Стирлинга.
Вообще и современная полупроводниковая электроника подошла в своем развитии к границе, обусловленной физическими законами. Дальнейшее повышение характеристик требует перехода к элементам, охлаждаемым к температурам -100°...-200°С. На мировых конференциях по электронике перспективным на сегодня признано использования именно криокулеров Стирлинга. Модели криокулеров небольшой мощности выпускаются мелкими сериями и стоят $10000... 15000. При условии перехода к многосерийному производству можно ожидать, что цены уменьшатся в несколько раз, что сделает их использование коммерчески рентабельным, сначала в таких системах как файлы-серверы и большие компьютеры, а в перспективе и в бытовых компьютерах.
Рис. 2 - Искусственное сердце
Одной из нетрадиционных областей применения двигателя Стирлинга есть медицина. Его применяют в системах искусственного сердца. Источником энергии в таких системах, как правило, есть радиоизотопы.
Рис. 3 - Когенерационная установка на базе двигателя Стирлинга
75
Кроме упомянутых довольно экзотических областей применения двигателей Стирлинга, уже сейчас есть приемлемым их внедрения в когенерационных установках. На рис. 3 изображена такая установка с двигателем Стирлинга.
Когенерационные установки предназначены для полного использования энергии, которая высвобождается во время сгорания топлива. Часть этой энергии превращается в электроэнергию, остальная - в теплоту, которая используется для удовлетворения бытовых нужд. Т.е. двигатель производит электроэнергию, а теплота из его системы охлаждения, смазки и выпускной системы утилизируется и обеспечивает горячее водоснабжение, отопление помещений и т.п. Благодаря общему производству электрической и тепловой энергии в когенерационных установках обеспечивается значительная экономия топлива - до 30%.
Современная мировая энергетика развивается в направлении децентрализации энергоснабжения, которое оказывает содействие созданию автономных когенерационных установках.
В США и странах Европы, прежде всего Германии, уже начато серийное производство небольших теплоэлектрических установок с двигателем Стирлинга, например, для нужд одной семьи. Электрическая мощность установки составляет 2...9 кВт, тепловая - 8.24 кВт. Общий КПД установки достигает 92.. ,94%,благодаря тому, что теплоту, которая не использована в двигателе, утилизировано в системе бытового теплоснабжения. Топливом для такого двигателя Стирлинга является природный газ. В конце 2001 года был изготовлен двигатель, топливом для которого служат отходы деревообрабатывающей промышленности. Теперь ведется разработка двигателя, топливом для которого станет биогаз.
Поскольку когенерационные установки с двигателями Стирлинга могут иметь небольшую мощность и применяют их преимущественно в частных домах, то производители ожидают, что, по крайней мере в Германии, спрос на них будет достигать 50000 установок на год.
Запасы традиционного нефтяного топлива стремительно сокращаются. Газ, бензин, дизельное топливо дорожает. Поэтому применение альтернативных источников энергии - не просто перспективно, а единственно возможный способ выживания человечества. В развитых странах активно внедряют альтернативную энергетику. В частности, Швеция до 2020 года планирует полностью отказаться от традиционного топлива.
Все приведенные примеры применения двигателя Стирлинга реальные и практически реализованы. Тем не менее, до сих пор двигатели с внешним подводом теплоты не приобрели распространение, возможно, через стереотипность мышления, или инертность промышленного производства. Но современный мир изменяется, изменяются и приоритеты развития техники. Поэтому, целиком возможно, что вскоре двигатель Стирлинга придет почти в каждый дом, как тепловой двигатель, элемент системы отопления или составляющая домашнего компьютера.
Литература
1. Двигатель с внешним подводом теплоты. Патент 2105156 от 23 июня 1995 г РФ.
2. Двигатель с внешним подводом теплоты. Заявка 99110725 от 31 мая 1999 г РФ.
3. Ридер Г., Хупер Ч. Двигатели Стирлинга Пер. с англ. М. Мир, 1986.
4. Уокер Г. Двигатели Стирлинга Пер. с англ. М. Машиностроение,1985.
Хайдарлы А.И.1 Кофанова Т.В.2 Путивцева Н.П.3
'Студент, Белгородский Государственный Национальный Исследовательский Университет; 2Студент, Белгородский Г осударственный Национальный Исследовательский Университет; 3Кандидат технических наук, Белгородский Г осударственный
Национальный Исследовательский Университет;
«EYE-TRACKING - ТЕХНОЛОГИЯ БУДУЩЕГО»
Аннотация
В статье анализируются возможности, области и методы применения технологии eye-tracking. Рассматриваются перспективы применения технологии eye-tracking в различных сферах.
Ключевые слова: еуе-tracking, технология, маркетинг, юзабилити.
Khaydarly A.I. \ Kofanova T.V.2, Putivzeva N.P.3
1Student, Belgorod State National Research University; 2Student, Belgorod State National Research University; 3PhD in Engineering,
Belgorod State National Research University «EYE-TRACKING - A TECHNOLOGY OF FUTURE»
Abstract
In article opportunities, spheres and methods of application of technology eye-tracking are analyzed. Prospects of application of technology eye-tracking in various spheres are considered.
Keywords: еye-tracking, technology, marketing, usability.
Eye-tracking - технология отслеживания движения глаз - является достаточно молодым научным направлением, его история насчитывает около 40 лет. Технология еye-tracking находится на стыке физиологии и социальной психологии.
Рассматриваемая технология играет большую роль для научных исследований, которые изучают процессы зрительного восприятия или используют зрительную стимуляцию. Трекинг глаз становится все более важным для оценки эргономичности и последующего совершенствования интерфейса «человек-машина».
Исследования по данной методологии проводятся с помощью специального прибора - еye-tracker’а. По классификации Andrew T. Duchowski приборы такого типа делятся на 4 поколения, в настоящее время используются приборы, основанные на видео-регистрации положения зрачка. Зрачок человека двигается исключительно под действием рефлекторных стимулов, это значит, что человек не может управлять взглядом, а значит обмануть или повлиять на итоги исследования.
Область применения еye-tracking’а довольно обширна. В настоящее время еye-tracking находит свое применение в следующих направлениях:
- исследование движений глаз при решении когнитивных задач, таких как чтение текста, рассмотрение диаграмм, иллюзий, определение уровня знания иностранного языка;
- исследование особенностей восприятия визуальной информации респондентами, страдающими аутизмом или шизофренией и респондентами, не подверженными таким заболеваниям;
- исследования в дизайне и маркетинге, позволяющие сделать вывод о конкурентоспособности исследуемого продукта и как следствие об успехе дизайна у целевой аудитории;
- исследование эргономики и юзабилити программных продуктов, то есть исследование удобства пользования продуктом, выражающегося в уменьшении времени и сил, затрачиваемых на достижение результата;
- к спортивным исследованиям относится изучение психологии и скорости принятия решений спортсменами в критических ситуациях, успешность спортсменов, а также эффективность применяемых методов обучения;
- исследования, связанные с системами связи, разрабатываемыми для инвалидов: то есть это разработка так называемых «бескликовых интерфейсов», когда все действия по управлению программным средством производятся с помощью глаз;
- исследования в области автомобильных и спортивных тренажёров: разработка для автомобилей систем eye-tracking, которые отслеживая направление взгляда водителя, будут предупреждать водителя звуковым сигналом об отвлечении внимания от дороги дольше, чем на несколько секунд.
76
