CC BY
32ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
РАЗРАБОТКА НИЗКОВОЛЬТНОЙ СИСТЕМЫ СВЕТОДИОДНОГО ОСВЕЩЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ Жомарткызы Г.1, Нурайканов Е.А.2, Измайлов Р.Т.3
1Жомарткызы Гульназ - доктор Phd, доцент; 2Нурайканов Ерназ Алмазулы - магистрант; 3Измайлов Ринат Талгатович - магистрант, кафедра информационных технологий, школа информационных технологий, Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева, г. Усть-Каменогорск, Республика Казахстан
Аннотация: данная работа направлена на проектирование и разработку программного обеспечения для управления низковольтной системой светодиодного освещения с использованием солнечных батарей. Накопление данных выработанной энергии в базе данных осуществляется с помощью микроконтроллера Arduino mega2560. Приводится описание установки Ethernet шилда с помощью коннекторов для микроконтроллера Arduino.
Ключевые слова: светодиодное освещение, солнечные батареи, низковольтная система, микроконтроллер, источники питания.
1. Введение
Свет является одним из важных факторов окружающей среды, активно влияющим на жизнь. Применение автономной системы светодиодного освещения на солнечных батареях особо оправдано не только в условиях отсутствия или нестабильного сетевого электроснабжения и финансовая выгодна.
Потребности в энергии увеличиваются с каждым годом. Запасы традиционных природных ресурсов (нефти, угля, газа и др.) конечны. И в связи с этим, становится необходимым использование нетрадиционных энергоресурсов, в первую очередь солнечной, ветровой, геотермальной энергии, вместе с внедрением энергосберегающих технологий. Среди возобновляемых источников энергии наиболее перспективна - солнечная энергия по масштабам ресурсов, экологической чистоте и повсеместной распространенности.
Светодиодное освещение экономит от 40% до 80% электроэнергии в сравнении с привычными лампами накаливания или люминесцентными. Именно этот показатель и является решающим в пользу светодиодов, ведь низкое энергопотребление является залогом того, что накопленной световым днем энергии хватит на полноценное освещение.
Данная работа направлена на проектирование и разработку программного обеспечения для управления низковольтной системы светодиодного освещения с использованием солнечных батарей.
Актуальность данной темы подтверждается широким распространением альтернативных источников энергии.
2. Проектирование микроконтроллера
Накопление данных выработанной энергий в базе данных осуществляется с помощью микроконтроллера Arduino mega2560 [1].
Краткие характеристики:
- Микроконтроллер: ATmega2560
- Рабочее напряжение: 5В
- Входное напряжение (рекомендуемое): 7-12В
- Входное напряжение (предельное): 6-20В
- Цифровые Входы/Выходы: 54 (14 из которых могут работать также как выходы ШИМ)
- Аналоговые входы: 16
- Постоянный ток через вход/выход: 40 mA
- Постоянный ток для вывода 3.3 В 50 mA
- Флеш-память: 256 KB (из которых 8 КБ используются для загрузчика)
- ОЗУ: 8 KB
- Энергонезависимая память: 4 KB
- Тактовая частота: 16 MHz
ИЛОС I
IN ITALY „"
■ • u I-. с» — Ж> <7V О» ¡4 « »» ^ «*» Сч — а* » .fl « F-N 00 О »
-—И В а ё 8 i я 5 íi
г: tr ^"w""»-
R i____A • m s
ri — i -
w я* о* смщ
Рис. 1. Arduino mega2560
Arduino Mega построена на микроконтроллере ATmega2560. Плата имеет 54 цифровых входа/выходов (14 из которых могут использоваться как выходы ШИМ), 16 аналоговых входов,4 последовательных порта UART, кварцевый генератор 16 МГц, USB коннектор, разъем питания, разъем ICSP и кнопка перезагрузки. Для работы необходимо подключить платформу к компьютеру посредством кабеля USB или подать питание при помощи адаптера AC/DC, или аккумуляторной батареей. Arduino Mega 2560 совместима со всеми платами расширения, разработанными для платформ Uno или Duemilanove [2].
Источники питания. Arduino Mega может получать питание как через подключение по USB, так и от внешнего источника питания. Источник питания выбирается автоматически.
Внешнее питание (не USB) может подаваться через преобразователь напряжения AC/DC (блок питания) или аккумуляторной батареей. Преобразователь напряжения подключается посредством разъема 2.1 мм с положительным полюсом на центральном контакте. Провода от батареи подключаются к выводам Gnd и Vin разъема питания (POWER) [3].
Платформа может работать при внешнем питании от 6 В до 20 В. При напряжении питания ниже 7 В, вывод 5V может выдавать менее 5 В, при этом платформа может работать нестабильно. При использовании напряжения выше 12 В регулятор напряжения может перегреться и повредить плату. Рекомендуемый диапазон от 7 В до 12 В [4].
3. Проектирование и разработка интерфейсной связи платформы
На платформе Arduino Mega2560 установлено несколько устройств для осуществления связи с компьютером, другими устройствами Arduino или микроконтроллерами. ATmega2560 поддерживает 4 порта последовательной передачи данных UART для TTL [5]. Установленная на плате микросхема ATmega8U2 направляет один из интерфейсов через USB, предоставляя виртуальный COM порт программам на компьютере (машинам под управлением Windows для корректной
работы с виртуальным COM портом необходим .inf файл, системы на базе OSX и Линукс, автоматически распознаю COM порт). Утилита мониторинга последовательной шины (Serial Monitor) среды разработки Arduino позволяет посылать и получать текстовые данные при подключении к платформе. Светодиоды RX и TX на платформе будут мигать при передаче данных через микросхему ATmega8U2 и USB подключение (но не при использовании последовательной передачи через выводы 0 и 1).
4. Автоматическая (программная) перезагрузка
Mega разработана таким образом, чтобы перед записью нового кода перезагрузка осуществлялась самой программой, а не нажатием кнопки на платформе [8]. Одна из линий ATmega8U2, управляющих потоком данных (DTR), подключена к выводу перезагрузки микроконтроллера ATmega2560 через конденсатор 100 нФ. Активация данной линии, т.е. подача сигнала низкого уровня, перезагружает микроконтроллер. Программа Arduino, используя данную функцию, загружает код одним нажатием кнопки Upload в самой среде программирования. Подача сигнала низкого уровня по линии DTR скоординирована с началом записи кода, что сокращает таймаут загрузчика.
Функция имеет еще одно применение. Перезагрузка Mega2560 происходит каждый раз при подключении к программе Arduino на компьютере с ОС Mac X или Linux (через USB). Следующие полсекунды после перезагрузки работает загрузчик. Во время программирования происходит задержка нескольких первых байтов кода во избежание получения платформой некорректных данных (всех, кроме кода новой программы). Если производится разовая отладка скетча, записанного в платформу, или ввод каких-либо других данных при первом запуске, необходимо убедиться, что программа на компьютере ожидает в течение секунды перед передачей данных.
На Mega2560 имеется возможность отключить линию автоматической перезагрузки разрывом соответствующей линии. Контакты микросхем с обоих концов линии затем могут быть соединены с целью восстановления. Линия маркирована «RESET-EN». Отключить автоматическую перезагрузку также возможно подключив резистор 110 Ом между источником 5В и данной линией.
5. Установка Arduino Ethernet Shield
Ethernet Shield дает вам возможность подключать Arduino к интернету. Этот шилд расширяет возможности Arduino и позволяет отсылать и принимать данные из любой точки мира, где есть интернет. Например, можно удаленно управлять вашим роботом с веб-сайта или реализовать какой-то сигнал, когда приходит новое сообщение в ваш твиттер. Ethernet Shield открывает перед вами бесконечное количество новых возможностей.
Установка Ethernet шилда выполняется с помощью коннекторов на Arduino. Некоторые шилды могут быть несовместимы с более ранними версиями Arduino. Так что рекомендуется использовать именно платы Arduino версии Rev 3.
Технические характеристики Ethernet шилда. Ethernet Shield основан на чипе W51000, который имеет внутренний буфер на 16К. Скорость подключения достигает 10/100Мб. Это не самое быстрое соединение, но этого вполне достаточно, поверьте.
Рис. 2. Arduino Ethernet Shield
Сводный список технических характеристик Ethernet шилда:
- для работы необходима плата Arduino;
- рабочее питание - 5 В (питается от платы Arduino);
- Ethernet контроллер: W5100 с буфером 16Кб;
- скорость подключения: 10/100Мб;
- подключается к Arduino через SPI порт.
Шилд работает с использованием библиотеки Arduino Ethernet library, которая по умолчанию интегрирована в оболочку Arduino IDE.
На Ethernet шилде есть слот для установки micro SD карты, с помощью которой можно хранить большие массивы информации и загружать веб-сайты непосредственно с Arduino. Не забудьте, что в этом случае надо использовать дополнительную библиотеку. Более детально про: использование SD карты.
Кроме того, можно записывать Arduino с помощью Ethernet соединения. Для этого надо использовать Power over Ethernet (PoE) модуль, место для установки есть на Ethernet шилде.
Подключение Arduino к персональному компьютеру выполняется с помощью USB кабеля, а Ethernet Shield присоединяется к роутеру (или непосредственно вашему интернет-кабелю).
Рис. 3. Подключите Arduino к Ethernet Shield
В версиях Arduino IDE после 1.0 есть встроенная поддержка DHCP и нет необходимости в ручной настройке IP адреса. Для определения присвоенного IP адреса вашей плате используется скетч DhcpAddressPrinter. После настройки мак-адреса, можно загружать скетч на плату Arduino и открывать серийный монитор. В результате должен отобразится используемый IP адрес.
Список литературы
1. Сайт UniHobbies. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://unihobbies.co.za/index.php?route=product/product&path=70_71&product_id=67# all/ (дата обращения: 02.08.2017).
2. Интернет форум. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://forum.arduino.cc/index.php?topic=100335.0/ (дата обращения: 03.07.2017).
3. Интернет ресурс "Счетчик электричества на основе «Ардуино»". [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://publikz.com/blog_18784/ (дата обращения: 06.10.2017).
4. Сайт электронной техники на платформе Arduino. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://tehnopage.ru/ethernet-arduino-pwm-control/ (дата обращения: 10.07.2017).
5. Интернет ресурс "Веб-сервер с двумя указателями температуры". [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://electronics-lab.ru/blog/mcu/4020.html/ (дата обращения: 15.10.2017).
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ДЛЯ АППАРАТНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ
КРИПТОГРАФИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ 1 2 Шаги Л.М. , Абдураимова Б.К.
1Шаги Лесбек Мухтарулы - магистрант;
2Абдураимова Баяк Куандыковна - кандидат технических наук, доцент, кафедра вычислительной техники.
Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, г. Астана, Республика Казахстан
Аннотация: в данной статье рассмотрены проблемы малой и нестандартной разрядности АЦП микроконтроллеров, для использования алгоритмов шифрования. Проанализированы характерные особенности построения алгоритма шифрования для нестандартной разрядности. Проведена работа над гипотезами по отношению к алгоритмам шифрования. На основе проведенного исследования автором предлагается схема минимизированного аналога стандарта AES. Ключевые слова: криптографический алгоритм, платформа Arduino DUE.
Введение
Программные реализации криптографических алгоритмов далеко уже не новость, но попытки аппаратной реализации более интересны. Особенно, когда речь идет о минимальных вычислительных ресурсах. Данная статья посвящается одной из таких попыток, используя доступную платформу Arduino DUE. Но главным объектом данной статьи не является платформа или микроконтроллер, им является непосредственно сам алгоритм, разработанный для этой платформы.
Разработка алгоритма
Процесс криптографического закрытия данных может осуществляться как программно, так и аппаратно. Аппаратная реализация отличается существенно большей стоимостью, однако ей присущи и преимущуства [1].
