CC BY
8
УДК 004
РАЗРАБОТКА ИНТЕРАКТИВНОЙ ПРЕЗЕНТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ АРХИТЕКТУРНОГО СООРУЖЕНИЯ НА БАЗЕ ПЛАТФОРМЫ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА
Антон Дмитриевич Шишкин
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, обучающийся, тел. (960)793-94-93, e-mail: antonshishkin1@mail.ru
Сергей Николаевич Рагулёв
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, обучающийся, тел. (952)930-31-68, e-mail: sergei_ragulev@mail.ru
Иван Александрович Кноль
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, старший преподаватель кафедры прикладной информатики и информационных систем, тел. (903)903-54-99, e-mail: ivanknol@mail.ru
В статье рассматривается создание интерактивной презентационной модели архитектурного сооружения, связанного с веб-интерфейсом посредством подключения к плате микроконтроллера. Приводится полный процесс реализации проекта от момента создания модели архитектурного сооружения до разработки рекламной печатной продукции. Рассмотрен алгоритм производства собственной печатной платы микроконтроллера для замены аналогичной от стороннего производителя, обеспечение масштабирования проекта и последующее продвижения данного продукта.
Ключевые слова: плата микроконтроллера, архитектурное макетирование, веб-дизайн, робототехника, презентационный материал, лазерная резка
CREATING AN INTERACTIVE PRESENTATION MODEL OF AN ARCHITECTURAL STRUCTURE
Anton Dm. Shishkin
Siberian State University Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Student, phone: (960)793-94-93, e-mail: antonshishkin1@mail.ru
Sergey N. Ragulev
Siberian State University Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Student, phone: (952)930-31-68, e-mail: sergei_ragulev@mail.ru
Ivan A. Knol
Siberian State University Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Senior Lecturer, Department of Applied Informatics and Information Systems, phone: (903)903-54-99, e-mail: ivanknol@mail.ru
The article discusses the creation of an interactive presentation model of an architectural structure associated with a web-interface by connecting to the microcontroller board. The complete process of the project from the moment of creating a model of an architectural structure to the development of advertising printed materials, is described. An algorithm for the production of a microcontroller's own printed circuit board is considered to replace a similar one from a
third-party manufacturer, to ensure the scaling of the project and the subsequent promotion of this product.
Key words: microcontroller board, architectural prototyping, web-design, robotics, presentation material, laser cutting
При изготовлении интерактивных презентационных макетов разработчики часто сталкиваются с проблемой организации компактной и интуитивно понятной электрической проводки внутри корпуса. Решение проблемы возможно путем изготовления единой печатной платы, что существенно увеличит надежность и повторяемость электрической цепи устройства.
Целью работы является разработка интерактивной презентационной модели архитектурного сооружения на базе прототипа платформы с микроконтроллером ATMEGA328P, связанного с веб-интерфейсом. В качестве объекта для создания архитектурного макета выбран Сибирский государственный университет геосистем и технологий. Макет создан на основе поэтажного плана учебного корпуса СГУГиТ, проектирование проводилось в CAD-системе КОМПАС-3Б. Выбрана система исходя из личного опыта, удобства и совместимости экспортируемых форматов с программой RDWorks, через которую осуществлялась работа с лазерным станком.
Параллельно с моделированием реализована работа над созданием программной составляющей проекта. Первая версия веб-интерфейса написана с использованием технологии WebGL, что позволило отображать 3D модель в реальном времени в браузере, а использование HTTP запросов дало возможность взаимодействовать с архитектурной версией макета. Впоследствии решено изменить веб-интерфейс с заменой фреймворка p5.js на библиотеку Three.js, что позволит повысить производительность и увеличить функционал веб-приложения (рис. 1).
Рис. 1. Модель учебного корпуса СГУГиТ, отображенная в web-интерфейсе с использованием библиотеки «Threejs»
После создания модели университета проведено ее исследование. Для изготовления выбран способ лазерной резки на высокоточном станке для лазерной резки и гравировки TS 1060. В качестве материала использовалась фанера березовая первого сорта, изготовленная по ГОСТ 3916.1-2018[1], толщиной 4 мм. Экспериментальным путем определена толщина реза, после чего в чертежи внесены изменения, направленные на улучшение качества соединения деталей между собой.
После изготовления отдельных деталей начался этап сборки макета. В каждый «кабинет» установлены светодиоды, распаянные к одножильным проводам, проходящим по «коридорам» для последующего подключения. Процесс сборки проходил вручную. Изготовленный макет полностью воспроизводит расположение кабинетов основного корпуса СГУГиТ, включая поточные аудитории, вестибюль и переход между учебным корпусом и помещениями актового, спортивного залов (рис. 2).
Рис. 2. Макет учебного корпуса СГУГиТ в масштабе 1:100
Тестовый образец разработан на базе платы микроконтроллера Arduino UNO. К Arduino подключена плата расширения Ethernet Shield W5100, позволяющая работать в локальных вычислительных сетях для приема и передачи данных в сети Интернет.
Для подключения большого количества индикаторов к микроконтроллеру использованы сдвиговые регистры SN74HC595 DIP16, распаянные на макетной плате. Программный код написан на базе языков программирования C/C++. Главной задачей программы на этом этапе являлся прием HTTP запросов и обработка их таким образом, чтобы при изменении состояния индикаторов в веб-интерфейсе, состояние индикаторов на архитектурном макете также менялось.
В качестве дополнительного презентационного материала создан лифлет с двумя фальцами, сложенный в формате «Евро», соответствующий стандартам печатных изделий ГОСТ 5773-90 [2]. Для выполнения этой задачи обозначена актуальность проекта, его проблематика, разработан концептуальный дизайн, разработано несколько версий исполнения конечной версии буклета. Разработка дизайна и верстка проводилась при помощи программ Paint Tool SAI, Adobe Photoshop CS6. Текст буклета содержит поэтапное описание создания интерактивной презентационной модели архитектурного сооружения на примере архитектурного макета учебного корпуса СГУГиТ. На задней стороне буклета расположен QR-код для перехода на отдельную версию web-интер-фейса, не предназначенного для управления индикаторами состояния на архитектурном макете.
Позднее, для удешевления проекта и обеспечения дальнейшего масштабирования, решено разработать собственную платформу с использованием микроконтроллера ATMEGA328P, которая способна заменить плату микроконтроллера Arduino UNO. Изучена документация микроконтроллера ATMEGE328P от ATMEL Corporation [3] и Ethernet контроллера W5500 [4]. Для питания Ethernet контроллера W5500 использован стабилизатор напряжения ASM1117 с выходным напряжением 3,3 вольта.
Разработка проводилась в программе Sprint-Layout. Во время проектирования решено совместить в готовой плате функции платы микроконтроллера и платы расширения Ethernet Shield, для чего в дополнение к микроконтроллеру на плате расположен сетевой модуль W5500.
Отказ от Arduino с отдельной платой расширения и переход на собственную плату избавляет от избыточного количества проводов, повышает отказоустойчивость схемы, уменьшает габариты электронной составляющей и позволяет снизить цену производства в 2-3 раза. Подробное изучение сопроводительной документации позволяет грамотно развести печатную плату и уже на данном этапе конкурировать с подобными зарубежными продуктами на рынке.
Продолжение проекта характеризуется следующими этапами: 1) доработка новой версии web-интерфейса; 2) тестирование печатной платы; 3) переработка печатных материалов; 4) изготовление макета лабораторного корпуса СГУГиТ; 5) экономическое обоснование проекта.
Требуется проанализировать целесообразность серийного производства подобных презентационных макетов для использования на выставках, форумах, конференциях.
Таким образом, создан целостный масштабируемый продукт и разработана технология производства подобных моделей. Разработан интерактивный презентационный макет учебного корпуса Сибирского государственного университета геосистем и технологий. В будущем планируется провести тестирование полученной в результате проектирования платформы в различных проектах, провести анализ полученных данных и определить дальнейшую целесообразность производства подобных плат.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Межгосударственный стандарт. ГОСТ 3916.1-2018. Фанера общего назначения с наружными слоями из шпона лиственных пород. - Москва: Изд-во стандартов, 2018. - 23 с.
2. Межгосударственный стандарт. 5773-90. Издания книжные и журнальные. Форматы. - Москва: Изд-во стандартов, 1991. - 4 с.
3. ATMEGA328P Datasheet / ATMEL Corporation. - США: 2008. - 26 с. - URL: https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/241077/ATMEL/ATMEGA328P.html (дата обращения: 08.02.2020). - Текст: электронный.
4. W5500 Datasheet / WIZnet Co.- Южная Корея: 2013. - 65 с. - URL: https://wizwiki.net/wiki/lib/exe/fetch.php?media=products:w5500_ds_v100e.pdf (дата обращения: 08.02.2020). - Текст: электронный.
© А. Д. Шишкин, И. А. Кноль, С. Н. Рагулёв, 2021
