CC BY
59
УДК 378:371.27+331.015
ТЕХНІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМУ З СИСТЕМНОЇ ІНЖЕНЕРІЇ
П.О. Косик, студент, ХНАДУ
Анотація. Розглянуто технічне забезпечення та описано розроблений лабораторний практикум з урахуванням потрібного рівня надійності та працездатності мобільних модулів роботів.
Ключові слова: мобільні модулі, робот, мікроконтролер, RoboTankE, Robo-PICA, системна інженерія.
Вступ
Сьогодні підготовка бакалаврів з гнучких комп’ютеризованих систем та комп’ютерних інтегрованих технологій ведеться за
напрямком системна інженерія.
Фундаментальна підготовка та професійна підготовка пов’язана з вивченням таких курсів як комп’ютерна електроніка,
архітектура комп’ютерних систем, теорія систем та системний аналіз, що торкається спеціальної підготовки, та базується на застосуванні телематики, синергетики,
мехатроніки. Для забезпечення відповідного лабораторного практикуму потрібно використати прозорі та маштабовані моделі реальних мобільних робото-технічних пристроїв. Далі розглянуто один з підходів до вирішення цієї проблеми.
Аналіз публікацій
У роботі [1] досліджено підготовку студентів з напрямку 0914 «Комп’ютерні системи, автоматика і управління»; 0925 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології»; 0902 «Інженерна механіка», застосування
віртуальних засобів, анімації 3D графіки. У роботі [2] розглянуто проблему інтелектуалізації транспортних систем, а задача вивчення саме проблем навчального характеру не розглядалася. У дослідженнях [3, 4] також не визначено, як можна
дослідити у процесі навчання реальні умови створення відповідних мехатронних систем.
Однак основним є створення такого
технічного забезпечення лабораторного практикуму, який у першу чергу відповідає вимогам інтелектуальної транспортної системи у цілому [5, 6]. Зручним
інструментальним засобом програмно-
апаратної та мехатронної платформи такої навчальної комп’ютерної системи може бути промислова модель мобільних роботів [7].
Мета та постановка задачі
Автор визначив проблему створення
порівняно універсального лабораторного практикуму з системної інженерії. Як було підкреслено, основною характерною рисою такого практикуму є якості віртуалізації
реальних мобільних комплексних систем та маштабованості (легке розширення вирішення завдань та кількості варіантів різноманітності функціональних та структурних можливостей). Метою розробки є проблема універсалізації можливості використання у різних навчальних курсах такого лабораторного практикуму. Тому постановка задачі полягає у створенні
програмно-апаратного забезпечення, що модифікується та адаптується до різних навчальних комп’ютерних додатків.
Програмно-апаратне забезпечення
В основі забезпечення будь-якого практикуму лежить проблема вибору технічної бази, тому вирішенням конкретної задачі був вибір роботів Robo-PICA - це
мобільний модуль гусеничного
транспортного робота. Бортовий комп’ютер цього модуля виконаний на базі мікроконтролера PIC16F877. У наявності є дисплей, на який виводиться налагоджувальна інформація. RoboTankE має подібний принцип пересування, але його бортовий комп’ютер виконано на базі мікроконтролера фірми Parallax. До цього бортового комп’ютера також можна підключити 2 електродвигуни, 3 сервоприводи, 8 аналогових входів та 7 цифрових. Бортовий комп’ютер RBX-877 мобільного модуля Robo-PICA рис. 1 побудований на базі мікроконтролера PIC16F877. Функціональна схема цього БК зображена на рис. 2.
Рис. 1. Зовнішній вигляд БК ЯВХ-877
Через порт програмування виконується програмування мікроконтролера, тобто записується в пам’ять мікроконтролера програма, що повинна на ньому виконатися. Інтерфейс иАЯТ дозволяє з’єднувати БК ЯВХ-877 з
персональною ЕОМ для налагоджування програми МК за допомогою прикладного програмного забезпечення. Він підключаться до СОМ-Порта персональної ЕОМ. Інтерфейс І2С служить для розширення можливостей БК ЯВХ-877. До цього інтерфейсу можна підключити зовнішні пристрої, такі як годинник реального часу, пам’ять, аналогово-цифрові або цифро-аналогові перетворювачі, розширені порти та інше. На дисплей можна виводити налагоджувальну інформацію або додаткову інформацію. Динамік дозволяє відтворювати нескладні звуки, тим самим забезпечує програвання сигналів вітання або
сигналізувати зміну дії. Схема керування електродвигунами дозволяє керувати двома незалежними електродвигунами. Завдяки цій схемі можна регулювати швидкість обертання двигунів та напрямок їх обертання. Також БК ЯВХ-877 дозволяє підключати зовнішні пристрої або датчики та керувати чи знімати інформацію з них.
Висока напруга для программування
^^+12У Порт программування
5В стабілізатор напруги
Батареечний
відсік
(ААх4)
Схема контролю заряду батарей
Інтерфейс І2С
Програмуємі аналогові входи та цифрові входи/виходи
РІС 16F877(A)-20 Мікроконтролер
Інтерфейс модуля дісплея
Схема керування електродвигунами
Схема керування сервоприводами
20МГц тактовий генератор
Рис. 2. Функціональна схема БК RBX-877 мобільного модуля Robo-PICA
БК RBX-Stamp24 мобільного модуля izebotE (або RoboTankE) виконано на МК фірми Parallax. Функціональна схема цього БК подібна до функціональної схеми БК RBX-877.
Цей БК був позбавлений дисплея, проте в ньому є більше портів для підключення зовнішніх датчиків. Також порт програмування об’єднаний з
налагоджувальним інтерфейсом UART.
It
Порт программування
Програмуємі аналогові входи та цифрові входи/виходи
Батареєчний
ВІДСІК
(Мх4)
r+5V
BASIC Stamp2sx плата мікроконтролера
Схема керування сервоприводами
Дінамік
Схема керування електродвигунами
У свою чергу слід розглянути яким чином знаходиться надійність: Куд - кількість
ударів; t - час, протягом якого працює програмно-апаратний комплекс
транспортного робота.
Надійність розраховується за такою формулою
(1)
t
Рис. 3. Функціональна схема БК RBX-Stamp 24 мобільного модуля izebotE та RoboTank
Програмним середовищем для розробки програм для навчальних мобільних комплексів є Microcode Studio (рис. 4).
Ряд меню Огляд коду Рядок інструментів Список файлів
Рис. 4. Головне вікно Microcode Studio
Тестування
При тестуванні такого мобільного навчального комплексу або системи завжди розглядаються такі параметри як швидкодія, надійність, працездатність. Усі ці параметри характеризують функціонування системи. Кожен з них є невід’ємною частиною програмно-апаратного комплексу
транспортного робота, та тісно пов’язані між собою, але
основною та найголовнішою вважається працездатність. Таким чином слід розглянути математичну модель та побачити як вони пов’язані між собою: П - працездатність; Н -надійність; Ш - швидкодія.
Відношення кількості ударів до часу роботи комплексу дозволило розрахувати
надійність. Знаючи надійність потрібно розрахувати основний з параметрів
ефективного опрацювання системи -
працездатність, за формулою
П=—
Ш
(2)
Практично співвідношення (1) і (2) є інтегрованою оцінкою властивості відповідного робота та визначає якість його програмування, а саме це є узагальненим показником виконання людиною, що навчається, відповідних алгоритмів та інших складних програмно-апаратних
комплексів.
Висновки
Таким чином, запропоноване використання навчального комплексу Robo-PICA та RoboTankE відповідає визначенню в якості відповідного лабораторного практикуму масштабності та реалізації її. Це дозволяє використовувати таку системну практику, для вивчення будь-якого комп’ютерного комплексу з дисциплін, що входять до системної інженерії.
Література
1. Ямпольський Л.С., Мельничук П.П., Самотокін
Б.Б., Поліщук М.М., Ткач М.М., Остапченко К.Б., Лісовиченко О.І. Гнучкі комп’ютеризовані системи. - Житомир: ЖДТУ, 2005. - 680 с.
2. Пржбыл П., Мирослав С. Телематика на транс-
порте. - Прага - Москва: МАДИ (ГТУ), 2003. - 540 с.
3. Алексієв В.О., Волков В.П., Калмиков В.І. Ме-
хатроніка транспортних засобів та систем. -Харків: ХНАДУ, 2004. - 176 с.
4. Благодарний М.П., Алексієв О.П. Бортові
обчислювальні комплекси та мережі транспортних машин та систем. - Харків: ХНАДУ, 2005. - 124 с.
5. Horowitz R. Automated Highway systems //
Transportation systems, IFAC Symposium, Chania, Greece, 1997. - P. 452 - 463.
6. Varaiya, Pravin. Smart cars on smart roads: prob-
lems of control // IEEE Transactions on Automatic Control, 1993, AC - 38 (2). - P. 195 -207.
7. Robot experiment with microcontroller // 1994,
2005. - P. 88., www.microchip.com.
Рецензент: О.П. Алексієв, професор, д.т.н., ХНАДУ.
Стаття надійшла до редакції 15 січня 2008 р.
