CC BY
32
Заключение
В результате на 73 поколении лучшая особь преодолела больше 400 препятствий, и таким образом, программист посчитал систему успешной и свернул симуляцию. Этот проект подтверждает, что можно успешно совмещать два метода для решения одной задачи.
Литература
1. URL https://medium.com/ai3-theory-practice-business/reinforcement-learning-part-1-a-brief-introduction-a53a849771cf (дата обращения - март 2022 г.).
2. Russell Stuart J.; Norvig Peter (2010). Artificial intelligence: a modern approach (Third ed.). Upper Saddle River, New Jersey. - С. 830, 831.
3. Xie Zhaoming, et al. "ALLSTEPS: Curriculum-driven Learning of Stepping Stone Skills." Computer Graphics Forum. Vol. 39. No. 8. 2020.
4. Sutton & Barto, 1998. - С. 11.
5. Van Otterlo M., Wiering M. (2012). Reinforcement learning and markov decision processes. Reinforcement Learning. Adaptation, Learning, and Optimization. Vol. 12. -C.3-42.
6. Gosavi Abhijit, (2003). Simulation-based Optimization: Parametric Optimization Techniques and Reinforcement.
7. Mitchell, 1996. - C. 2.
8. Gerges Firas; Zouein Germain; Azar Danielle, (12 March 2018). "Genetic Algorithms with Local Optima Handling to Solve Sudoku Puzzles".
9. URL https://www.geeksforgeeks.org/genetic-algorithms/ (дата обращения - март 2022 г.).
10. Whitley, 1994. - С. 66.
11. Eiben A.E. Et al (1994). "Genetic algorithms with multi-parent recombination". PPSN III: Proceedings of the International Conference on Evolutionary Computation. The Third Conference on Parallel Problem Solving from Nature: - С. 78-87.
12. Ting Chuan-Kang (2005). «On the Mean Convergence Time of Multi-parent Genetic Algorithms Without Selection». Advances in Artificial Life: - С. 403-412.
13. URL https://medium.com/xrpractices/reinforcement-leaming-vs-genetic-algorithm-ai-for-simulations-f1f484969c56 (дата обращения - март 2022 г.).
14. URL https://www.youtube.com/watch?v=aeWmdojEJf0 (дата обращения - март 2022 г.).
15. URL https://habr.com/ru/post/336612/ (дата обращения - март 2022 г.).
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОБНАРУЖЕНИЯ
МЕТАЛЛА
А.Н. Орлов, Московский технический университет связи и информатики, [email protected].
УДК 004.942_
Аннотация. В данной статье была разработана схема для изучения частот различных металлов, таких как алюминий, золото и серебро. Был рассмотрен один из современных методов, используемых при обнаружении металлов. В статье представлено моделирование и создание детектора - простого в установке и
дешевого по стоимости. Рассмотрены конструктивные характеристики, производительность устройства, область его работы и точность его результатов.
Ключевые слова: металлоискатель; система физической защиты; датчик; металл.
DESIGN AND MODELING OF A METALL A.N. Orlov, Moscow Technical University of Communications and Informatics.
Annotation. In this article, a scheme was developed to study the frequencies of various metals, such as aluminum, gold and silver. One of the modern methods used in the detection of metals was considered. The article presents the modeling and creation of a detector that is inexpensive and easy to create. The design characteristics, performance of the device, the scope of its operation and the accuracy of its results are considered.
Keywords: metal detector; physical protection system; sensor; metal.
Введение
В данной статье представлено решение и новый прямой подход к дистанционному зондированию GPS, Arduino, основанный на концепции металлоискателей. Традиционно схемы беспроводного управления роботом имеют недостатки, заключающиеся в ограниченном рабочем диапазоне, ограниченном диапазоне радиочастот и ограниченном управлении. Использование микроконтроллера Arduino и радиочастотного роботизированного управления позволяет преодолеть эти ограничения. Это обеспечивает преимущество надежного управления, рабочий диапазон, равный зоне покрытия поставщика услуг, отсутствие помех другим контроллерам.
Металлодетекторы используются для поиска металлов под землей, обычно они дают некоторое представление о расстоянии [1, 2]. По мере приближения металла звук в наушнике повышается или стрелка перемещается дальше. Металлоискатель создает магнитное поле, когда находится над металлическим объектом, отмечая контур, в котором находится этот объект [3]. В этой статье сделан упор на создание электронной системы обнаружения металла, которая может быть использована в нескольких областях, таких как разведка полезных ископаемых, системы физической защиты и поиск потерянных предметов. Эти устройства, как правило, состоят из портативного устройства с датчиком, который может проникать в землю или другие объекты [4].
Характеристики и компоненты системы обнаружения металла
Методология
Разработка представляет собой систему обнаружения металла на основе GPS [5], использующую систему микроконтроллера Arduino Uno и драйвер двигателя L293 для управления движениями двигателя робота и датчиком обнаружения металла, которые отправляют сигнал на микроконтроллер при обнаружении любого объекта и остановке на нем и отправляют местоположение через GPS и радиочастоту оператору [6].
Микроконтроллеры
Микроконтроллер - интегрированная электронная схема, которая содержит внутренний микропроцессор, внутреннюю программируемую память для хранения управляющей программы и другую память для обработки данных [7]. Также
содержит входные и выходные контакты и может содержать другие инструменты, такие как аналого-цифровой преобразователь (АЦП), компараторы напряжения, технологические усилители и генератор тактовых импульсов [8]. На рис. 1 изображено схематическое устройство микроконтроллера (источник).
Convertidor
Рисунок 1
Конструкция предлагаемой системы
Система обнаружения металла, разработанная в этой статье, была разделена на две части, как показано ниже:
A. Схема робота - содержит ультразвуковой датчик, металлоискатель, драйвер L293, двигатель, излучатель радиочастот и GPS.
Б. Схема приемника - содержит жидкокристаллический (ЖК) дисплей, устройство подачи звукового сигнала, микроконтроллер Arduino и радиопередатчик.
Компоненты
Сначала на двигатели подается сигнал для движения вперед, а радары отслеживают наличие металлических объектов, и в случае обнаружения металла происходит остановка [9]. Через некоторое время происходит отправка координат местоположения на приемник с частотой 450 МГц, чтобы уведомить пользователей о том, что в определенной области был обнаружен металлический объект, происходит срабатывание звонка, после чего транспортное средство продолжает движение для поиска нового металлического объекта [10]. Транспортное средство движется по определенной карте с определенными шагами вперед, затем поворачивает в другом направлении в той же последовательности, что и выше, и так далее, пока вся область не будет обследована в соответствии с заданными координатами. На рис. 2 и 3 приведены схемы устройства и приёмника.
Металлоискатель
Метод построения металлоискателей основан на электромагнитной индукции. Металлоискатели содержат одну или несколько катушек
индуктивности, которые используются для взаимодействия с металлическими элементами [11]. Приведенный ниже детектор с одной катушкой представляет собой простой тип детектора, используемого во многих металлоискателях.
Рисунок 3
К катушке подается импульсный ток, который затем индуцирует магнитное поле. Когда магнитное поле катушки перемещается по металлу, поле индуцирует электрические токи (называемые вихревыми токами) в объекте. Вихревые токи индуцируют собственное магнитное поле, генерирующее противоположный ток в катушке, который индуцирует сигнал, указывающий на присутствие металла.
Контур индуктивности, включающий конденсатор и катушку индуктивности, соединен параллельно. Если схема обнаруживает рядом с собой какой-либо металл, то схема активирует датчик приближения, его индикатор загорается и издает звуковой сигнал.
На рис. 4 показана схема контура металлоискателя (источник).
Arduino Uno
Arduino uno - это платформа с открытым исходным кодом, используемая для создания проектов [12]. Arduino состоит из физической программируемой платы и Arduino Integrated Development Environment (IDE) (интегрированной среды разработки), которая работает на компьютере и используется для записи и считывания компьютерного кода на физическую плату. Платформа Arduino стала чрезвычайно популярной среди людей, которые только начинают заниматься электроникой, и на то есть веские причины [13]. В отличие от большинства программируемых печатных плат, Arduino не нуждается в отдельном аппаратном обеспечении для загрузки нового кода на плату - возможно тривиальное использование USB-разъема. Кроме того, Arduino IDE использует упрощенную версию C++, что облегчает создание программы. Наконец, Arduino обеспечивает стандартный форм-фактор, который более легко разбивает функции микроконтроллера на пакет. На рис. 5 показан микроконтроллер Arduino Uno R3 (источник).
Рисунок 5
Двигатель постоянного тока
Двигатель постоянного тока - электродвигатель, который преобразует электрическую энергию в кинетическую энергию и работает только в системах постоянного тока. Устройство в простейшей форме состоит из двух магнитных полюсов, северного полюса и южного полюса, разделенных определенным расстоянием, в котором катушка подключена к батарее или любому источнику напряжения. Таким образом, постоянное магнитное поле будет создаваться в результате прохождения линий магнитного потока с северного на южный полюс, учитывая то, что крутящий момент прямо пропорционален количеству этих линий, проходящих через катушку. Скорость двигателя постоянного тока можно регулировать в широком диапазоне, используя либо переменное напряжение питания, либо изменяя силу тока в его обмотках возбуждения. Небольшие двигатели постоянного тока используются в инструментах, игрушках и бытовой технике, более крупные двигатели постоянного тока используются в приводе электромобилей, лифтов и подъемников.
Драйвер L293
Драйвер двигателя - электронная схема, часто используемая для управления двигателями в роботах. Драйвер двигателя - интерфейс между Arduino и двигателями. Наиболее часто используемые микросхемы драйвера двигателя относятся к серии L293, таким как L293D, L293NE и т.д. [14]. Микросхема была
44
разработана для одновременного управления двумя двигателями постоянного тока. Ь293П состоит из двух И-мостов. И-мост - простейшая схема для управления двигателем с низким номинальным током.
Регулятор напряжения предназначен для автоматического поддержания постоянного уровня напряжения. Регулятор напряжения может иметь простую конструкцию с прямой связью или может включать отрицательную обратную связь. В нем может использоваться электромеханический механизм или электронные компоненты. На рис. 6 показан драйвер двигателя £293 (источник).
Рисунок 6 Ультразвуковой датчик ИС-8Я04
Ультразвуковые датчики могут обнаруживать движение целей и измерять расстояние до них на многих автоматизированных заводах и технологических установках [15]. Датчики могут иметь включенный или выключенный цифровой выход для обнаружения движения объектов или аналоговый выход, пропорциональный расстоянию. Они могут ощущать край материала как часть направляющей системы полотна. Ультразвуковые датчики широко используются в автомобилях в качестве датчиков парковки, чтобы помочь водителю повернуть задним ходом на парковочные места. Они тестируются для ряда других применений в автомобилестроении, включая ультразвуковое обнаружение людей и помощь в автономной навигации беспилотных летательных аппаратов. На рис. 7 показан ультразвуковой датчик ИС-Ж04 (источник).
Рисунок 7
Модуль GPS
GPS - это спутниковая навигационная система, ее основной функцией является предоставление точной информации о географическом местоположении конкретного человека, и нет сомнений в том, что система внесла свой вклад в развитие многих областей, таких как сухопутные путешествия, морская навигация и различные военные задачи, а также система играет выдающуюся роль в области геодезии, поэтому система считается одним из наиболее широко используемых инструментов измерения инженерами-геодезистами благодаря своей точности и достоверности данных. GPS состоит из трех частей: спутников, вращающихся вокруг Земли; станций управления и мониторинга на земле; и GPS-приемников, принадлежащих пользователю. Спутники GPS передают сигналы из космоса, которые улавливаются и идентифицируются приемниками GPS. Затем каждый GPS-приемник предоставляет трехмерное местоположение (широта, долгота и высота) и время.
Радиочастотные приёмник и передатчик
1. Радиочастотный передатчик STT-433 МГц
STT-433 идеально подходит для приложений дистанционного управления, где требуются минимальные усилия и большая дальность действия. Передатчик работает от источника питания 1,5-12 В, что делает его идеальным для приложений с батарейным питанием, а в передатчике используется сбалансированный генератор, гарантирующий точное управление повторением для наилучшего выполнения диапазона.
2. Радиочастотный приемник STR-433 МГц
Информация получает радиочастотный коллектор от штыря приемного провода, далее эта информация доступна на информационных выводах. В модуле коллектора указаны два вывода данных. Следовательно, эта информация может быть использована для дальнейшего применения.
Результат предложенной системы - проектирование и моделирование электронной схемы. Вышеупомянутая система была реализована для определения типов металла и передачи информации через радиочастотную антенну и управляема микроконтроллером Arduino, а датчики использовались для обнаружения объекта перед транспортным средством, если объекты были обнаружены, транспортное средство производило остановку на некоторое время, а затем продолжало движение. Для поиска металлов использованы датчики радиоволн. При обнаружении металла использовались переменное сопротивление для регулировки контрастности экрана, а также транзистор для усиления звука звонка при обнаружении металла.
Заключение
Предлагаемая система и все компоненты системы обнаружения металла управляются с помощью микроконтроллера Arduino. Также система включает в себя ультразвуковой датчик для металлоискателя и модуль GPS, прототип транспортного средства, радиочастотные приёмник и передатчик для передачи и приема сигналов от системы транспортного средства операторам системы, которые могут находиться на большом расстоянии от него. Система предотвращает потенциальный риск для человека в процессе поиска металлических объектов. Использование простых и дешёвых компонентов также является достоинством разработанной системы.
Литература
1. Мур Р.К. «Национальная программа исследований в области судостроения. Оценка систем CAD/CAM для судостроения (фаза I)», Документ DTIC, 1996. 2014.
2. Каналы F.P., интерфейс B.-o. T.-w. S., P. S. USART, компаратор O.-c. A. и O. Напряжения, «8-разрядный микроконтроллер с 32-гигабайтной встроенной программируемой флэш-памятью».
3. Эль-Шенави А. Создание автономного электромобиля для обнаружения и локализации наземных мин, IEEE, 2012. - С. 91-96.
4. Белош В.В., Нурутдинов И.В. Металлоискатель на основе микросхемы К157УД2 // Вестник научных конференций, 2015. - № 2-6 (2). - С. 19-20.
5. Носимые металлоискатели «ирис-э», «Кондор-3», «АКА-7202м»: Учебно-практическое пособие. - Иркутск: Восточно-Сибирский институт Министерства внутренних дел Российской Федерации, 2015. - 36 с.
6. Тимофеев В.В., Имамова В.Р. Визуализация информации об объекте поиска с помощью металлоискателя годографа // Вестник Барнаульского юридического института МВД России, 2017. - № 1 (32). - С. 226-227.
7. Раупов И.Р., Куликова Г.Н. Создание действующей модели металлоискателя и практической изучение его возможностей // Наука, техника, инновации: Материалы V региональной научно-практической конференции, посвященной 70-летию Великой Победы, Москва, 25 мая 2015 / Под редакцией Я.В. Зубовой. -Москва: ООО «Издательство «Спутник+», 2016. - С. 51-66.
8. Имамова В.Р. Особенности визуализации объекта поиска с использованием современного металлоискателя годографа // Вестник Барнаульского юридического института МВД России, 2017. - № 2 (33). - С. 117-118.
9. Костюкович Э.П. К вопросу об использовании металлоискателей, георадаров и других технических средств для поиска археологических артефактов// Борьба с преступностью: теория и практика: Тезисы докладов VII Международной научно-практической конференции, Могилев, 05 апреля 2019 / Редколлегия: Ю.П. Шкаплеров [и др.]. - Могилев: Учреждение образования «Могилевский институт Министерства внутренних дел Республики Беларусь», 2019. - С. 346-349.
10. Арбузов В.О., Пономарев Г.Л., Рыбаков А. С. Патент № 2569488 C2 Российская Федерация, МПК G01V 3/11. Датчик металлоискателя: № 2014111228/28: заявл. 25.03.2014: опубл. 27.11.2015.
11. Арбузов В.О., Пономарев Г.Л., Рыбаков А. С. Патент № 2569489 C2 Российская Федерация, МПК G01V 3/11. Металлоискатель: № 2014111235/28: заявл. 25.03.2014: опубл. 27.11.2015.
12. Кирнос А. Е. Arduino - как средство автоматизация сельского хозяйства Arduino - as a means of automation of agriculture // Вестник Кыргызстана, 2018. - № 1 (4). -С. 275-279.
13. Зацарин Г.В., Болдырев И.А. Платформа Arduino: новые возможности для технического творчества // World science: problems and innovations: сборник статей XVI Международной научно-практической конференции: в 3 ч., Пенза, 25 декабря 2017. - Пенза: «Наука и Просвещение» (ИП Гуляев Г.Ю.), 2017. - С. 135-142.
14. L293. Дата просмотра 14.03.2022 www.chipdip.ru/catalog/popular/l293.
15. Жмудь В.А., Кузнецов К.А., Кондратьев Н.О. Ультразвуковой датчик измерения расстояния HC-SR04 // Автоматика и программная инженерия, 2017. -№ 4 (22). - С. 18-26.
