CC BY
10ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Кучмин Н.А.
студент Владимирского государственного университета, «Владимирский государственный университет имени А.Г. и Н.Г. Столетовых» Никитин О.Р.
Научный руководитель, доктор технических наук, профессор кафедры «Радиотехника и Радиосистемы», «Владимирский государственный университет имени А.Г. и Н.Г. Столетовых»
SOFTWARE AND HARDWARE COMPLEX FOR ROADS
Kuchmin N.,
student, Vladimir state university, Nikitin O.
scientific supervisor, doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Radio Engineering and Radio Systems, "Vladimir State University named after A.G. and N.G. Stoletovs"
Аннотация
Статья посвящена разработке программно-аппаратного комплекса для измерения геометрических параметров дорожного покрытия (ИГПДП). Это является актуальной задачей, так как Россия имеет протяженную дорожную сеть, которая нуждается в модернизации и контроле. Предложена структурная схема аппаратной части комплекса, выбрана элементная база и датчики, проведено макетирование и первичные испытания. Приведен пример пользовательского программного обеспечения и выбран путь дальнейшего усовершенствования программно-аппаратного комплекса ИГПДП.
Abstract
The article is dedicated to the engineering of hardware and software complex for the pavement geometrical parameters measurement. It is actual problem, because extensional road network in Russia. Road network needs to upgrade and control. The block diagram of the hardware of the complex was proposed, the element base and sensors were selected. Initial testing was con-ducted with the device. Layout was created. Example user's software was given in the article. The way of further upgrading of hardware and software complex was chosen.
Ключевые слова: дорожная отрасль, геометрические датчики, измерения, микроконтроллер, IRI.
Keywords: road industry, geometrical sensors, measurements, MCU, IRI.
Дорожная отрасль занимает важнейшее место в российской экономике. Сейчас Россия по различным данным имеет дорожную сеть общей протяженностью около 1.4 млн. км и занимает 5 место в мире по этому показателю. Это влечет за собой множество трудностей при диагностике, ремонте и модернизации дорожной сети и вынуждает использовать для этого передовые технологии. Параметры дорожного покрытия влияют на эффективность формирования автомобильных потоков, допустимую скорость движения, безопасность. В приказе Министерства транспорта РФ №150 от 2009 г определен порядок диагностики автомобильных дорог. В число контролируемых параметров входят:
- протяженность подъемов и спусков;
- продольный и поперечный уклоны;
- длины прямых, число углов поворотов в плане трассы и величины их радиусов;
- продольный профиль и продольная ровность.
Другим важным вопросом в дорожной отрасли
является создание современных баз данных и ведение электронного документооборота. В настоящее время проводится интенсивная работа в этом направлении. В документе Государственной компании СТО АВТОДОР 2.10-2015 установлены требования к паспорту автомобильной дороги, в который входят все вышеперечисленные параметры. Продольный уклон, как и радиусы в плане необходимы
для составления проекта организации дорожного движения, определения мест установки соответствующих предупреждающих дорожных знаков и нанесения разметки. Поперечный уклон предусматривается для исключения образования скопления воды на проезжей части. Поэтому, становится актуальной задача разработки программно-аппаратного комплекса для измерения вышеперечисленных параметров. Предлагаемая структурная схема комплекса представлена на рисунке 1.
Основным измерительным устройством комплекса служит многофункциональный датчик ГВК-11, производимый ООО "Лаборатория Микроприборов". Он включает в себя трехосевые гироскоп и акселерометр, приемник сигнала системы спутниковой навигации и вычислительное ядро, реализующее алгоритмы обработки и корректировки показаний. Датчик позволяет одновременно измерять более 20 параметров, включая углы поворота, угловые скорости и ускорения, координаты и скорость по данным СНС, а также позволяет проводить усреднение и корректировку показаний по навигационным данным.
Еще одним измерительным датчиком является лазерный триангуляционный измеритель расстояния ЯР-603 производства белорусской компании «РИФТЭК», который необходим для построения
профиля дорожной трассы. Датчик позволяет измерять расстояние в диапазоне от 125 до 625 мм со скоростью до 9400 измерений в секунду.
Рис. 1. Структурная схема комплекса.
Датчики подключаются к микроконтроллеру через драйверы интерфейсов RS-485. Также считы-ваются показания одометра. Микроконтроллер производит опрос датчиков, первичную обработку показаний и отправляет данные на персональный компьютер. Подключение к ПК по локальной сети было выбрано для совместимости, учитывая частое использование в российских автолабораториях такого способа подключения датчиков. В качестве микроконтроллера можно использовать продукты из серии STM32f1xx либо STM32f4xx, так как они обладают необходимым набором интерфейсов и достаточной скоростью работы.
Для исследования возможностей комплекса проведено испытание его макета. Создан макет с использованием микроконтроллера STM32F103 и сетевого контроллера enc28j60. В качестве драйверов использовались микросхемы ADM485. Выбор микроконтроллера в качестве управляющего элемента оказался оправдан, так как он позволяет передавать данные по UART (через драйвер RS-485) с минимальными и точно определяемыми задержками. Это нужно для точной синхронизации данных от акселерометра и лазерного дальномера для
построения профиля дорожного покрытия. В такой конфигурации обеспечивалась скорость опроса обоих датчиков 1 кГц, что позволяет осуществлять построение профиля с интервалом 0.025 м на скорости 90 км/ч. (стандарт требует интервалов измерения не менее 0.025 м). Скорость можно увеличить в несколько раз, применив другой микроконтроллер.
Для работы комплекса используется специальное пользовательское программное обеспечение, которое содержит все необходимые элементы управления, позволяет проводить измерения и обработку результатов. На рисунке 2 приведен пример окна программы для проведения измерений. После запуска, программа подключается к устройству и проводит необходимые проверки и настройки. Также возможно производить ручную настройку параметров датчиков. Для примера на рисунке 3 показано окно настроек инерциального датчика ГКВ-11. Можно задать скорость выдачи данных, алгоритм обработки, параметры системы координат и т.д., существует также защита от случайного изменения параметров.
Рис. 2. Пример пользовательского интерфейса: главное окно.
■J Настр©?<*
Общие ГКВ Кадр данных ГКБ Измерения Карта
Формат выдачи данных °ежим выдали кадров:
Инверсия осей:
Сразу после АЦП ЧГ </| X ■/ 1 •/ 2
Базовая частота выдачи Угла:
2Л кГц / 8 кГц с фильтром Градусы "
Выбор кадра: Угловая скорость:
Наборный кадр W Градусы в секунду ▼
Выходки сигнал синхронизации: Ускорение:
Фронт по выдаче »1 0
Преобразование СК:
Нет преобразования О Разрешить измене»««
Параметры выдача датых Делитель базовой частоты: Де/итель чатоты снкхроси-нала:
0 »]
Алгоритм обработки: Пропуск выходных пакетов:
Катан AHRS »1 99
Разрешить изменение
Интерфейс Й5485 Скорость интерфейса 1000000 '
Адрес 99
Разрешить гаменение
Простеть настройки
Установить по умолчлгмю
Разрешить запись параметров
Рис. 3. Окно настроек инерциального датчика ГКВ-11.
Следующим шагом в разработке измерительного комплекса необходимо реализовать алгоритм точного построения профиля по данным дальномера и акселерометра и алгоритма вычисления показателя IRI, описанного в документе СТО МАДИ 02066517.1-2006. Конечным результатом будут являться два файла для табличного процессора, например Excel. Первый содержит геометрические параметры, измеренные с интервалом 5 м: продольный и поперечный уклоны, курс, радиусы поворотов, координаты по СНС. Второй файл содержит вычисленные коэффициенты IRI для каждого километра трассы и координаты по СНС. Также пользовательское ПО будет визуализировать данные, накладывая полученные измерения на карту. Помимо сохранения результатов в формате таблиц
также будет добавлен функционал работы с различными решениями для создания баз данных, что позволит измерять все параметры автодорог, заданные регламентами.
Список литературы
1. Техническое описание лазерного датчика RF-603: https://riftek.com/media/docu-ments/rf60x/manuals/Laser_Triangulatюn_Sensors _RF603_Series_2018_rus.pdf
2. Техническое описание модуля ГКВ-10/ГКВ-11: http://www.mp-lab.ru/media/generic/files/GKV10_DS1710_Ru_2.pdf
3. СТО АВТОДОР 2.10-2015: http://www.russianhighways.ru/about/brand/STO_AV TODOR_2_10_2015.pd 4. СТО МАДИ 02066517.12006: http://vvww.rosavtodor.ru/eye/page/81/14631
КОРРЕЛЯЦИОННО-СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИГНАЛОВ С ИМПУЛЬСНО-
КОДОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ
Жураковский А.А.,
студент
Кубанский государственный университет
Приходько А.И.
доктор технических наук, профессор кафедры оптоэлектроники Кубанский государственный университет
CORRELATION-SPECTRAL CHARACTERISTICS OF SIGNALS WITH PULSE-CODE
MODULATION
Zhurakovsky A.,
Student
Kuban State University Prikhodko A.
Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Optoelectronics
Kuban State University
Аннотация
Рассмотрены сигналы с импульсно-кодовой модуляцией. Получены аналитические выражения, определяющие корреляционно-спектральные характеристики сигналов. Представлены результаты расчетов.
Abstract
Signals with pulse-code modulation are considered. Analytical expressions are obtained that determine the correlation-spectral characteristics of signals. The results of calculations are presented.
Ключевые слова: импульсно-кодовая модуляция, автокорреляционная функция, спектральная плотность мощности.
Keywords: pulse-code modulation, autocorrelation function, power spectral density.
Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) представляет собой перспективный метод передачи информации в современных цифровых телекоммуникационных системах [1, 5-8].
Сигнал с ИКМ определяется выражением
ад
) = ^ Е а*8(V - кТ), (1)
к
где - амплитуда сигнала с ИКМ; а - символы кодирующей последовательности |ак }, взаимно однозначно связанные с символами двоичной
последовательности {Ьк } информационных символов Ь ; g(V) - видеосигнал с единичной амплитудой и длительностью T.
В приложениях телефонной связи сигналы с ИКМ часто называют кодами линии или канала и в зависимости от способа кодирования последовательности |ак | и формы видеосигнала £(V)
обычно подразделяют на четыре основные группы [4-8]:
