Гуртки

ПРО РОБОТУ НАУКОВО-ТЕХНІЧНИХ ГУРТКІВ ЦНТУ.
КАФЕДРА ПРОГРАМУВАННЯ КОМП'ЮТЕРНИХ СИСТЕМ І МЕРЕЖ

На кафедрі ПКСМ функціонує два науково-технічних гуртка:

  1. Автоматика, програмування і робототехніка - керівник: доцент Смірнова Н.В.
  2. Internet Of Things - керівник: доцент Смірнов В.В.

Гурток: Розробка та програмування пристроїв Internet of Things Гурток Автоматика, програмування і робототехніка

Тематика гуртків визначена науковими дослідженнями, які проводяться на кафедрі, навчальними дисциплінами, а також інтересами і побажаннями студентів.

На рис. 1 представлена загальна концепція управління об'єктами на базі мереж Internet, GSM і 2,4 GHz, в рамках якої здійснюється робота гуртків.


Загальна концепція управління об'єктами на базі мереж Internet, GSM і 2,4 GHz

Рисунок 1 - Загальна концепція управління об'єктами на базі мереж Internet, GSM і 2,4 GHz

Основний напрямок роботи гуртків:

  • Створення та програмування пристроїв і систем в області автоматики і робототехніки на базі технології Internet Of Things.

Наприклад, членами гуртка «Internet Of Things» розроблена багатоканальна локальна мережа для використання в житлових будинках відповідно до технології Smart Home (Рис. 2).

Підвищена надійність, швидкодія та інші експлуатаційні якості мережі за рахунок використання кластеризації, сегментування і маршрутизації.

Особливу увагу приділено зниженню високочастотного випромінювання, яке негативно впливає на організм людини.

Модулі Wi-Fi безперервно випромінюють СВЧ сигнал, навіть при відсутності інформаційного обміну. У домашній мережі може знаходитися кілька десятків об'єктів, тому сумарне випромінювання може бути значним.


Рисунок 2 - Багатоканальна локальна мережа для використання у житлових будинках

Рисунок 2 - Багатоканальна локальна мережа для використання в житлових будинках

Тому при створенні мережевих модулів були використані трансивери, що випромінюють тільки в момент передачі даних. Створено мережеві протоколи для взаємодії модулів.

Всі мережеві модулі мають типову структуру (Network Controllers), але використовуються для управління різними об'єктами (Network Objects). Мережеві модулі використовуються в розробках обох гуртків (рис. 3).


Рисунок 3 - Структура мережевих модулів мережі 2.4 GHz

Рисунок 3 - Структура мережевих модулів мережі 2.4 GHz

В даний час проходить налагодження і тестування екземпляра мережі Smart Home з 30 об'єктів (4 кластера і 2 підмережі – рис. 4).


Рисунок 4 - Екземпляр мережі Smart Home

Рисунок 4 - Екземпляр мережі Smart Home

Для оцінки параметрів об'єктів мережі членами гуртка створена програма для оцінки параметрів бездротової мережі (рис. 5).

Оцінка рівнів СВЧ випромінювання показує, що сумарне випромінювання від 30 об'єктів мережі значно менше, ніж від 5 Wi-Fi об'єктів.

З цього випливає, що результат роботи гуртка «Internet Of Things» має велике практичне значення.


Рисунок 5 - Програма для оцінки параметрів бездротової мережі

Рисунок 5 - Програма для оцінки параметрів бездротової мережі

Одна з розробок гуртка «Автоматика, програмування і робототехніка» - це модуль для управління роботизованими системами і об'єктами на базі двигунів постійного струму або сервоприводів.

Модуль також є об'єктом бездротової мережі.

Члени гуртка розробили принципову схему модуля у програмі Easy EDA (рис. 6),

Рисунок 6 - Модуль для управління роботизованими системами і об'єктами. Принципова схема

Рисунок 6 - Модуль для управління роботизованими системами і об'єктами. Принципова схема

потім виконали розведення друкованої плати (рис. 7) і замовили її виготовлення у Китаї. Виготовлення друкованих плат і вартість комплектуючих оплачує кафедра.


Рисунок 7 - Модуль для управління роботизованими системами і об'єктами. Друкована плата

Рисунок 7 - Модуль для управління роботизованими системами і об'єктами. Друкована плата

Пайка та збирання модуля здійснюється членами гуртка (рис. 8). Потім починається процес створення керуючих програм, налагодження і запуск модуля в експлуатацію.

Таким чином, члени гуртка набувають практичних навичок в реалізації повного циклу розробки - від ідеї до готового пристрою.

Тематика роботи гуртків досить обширна. Кожен член гуртка може вибрати собі тему і завдання і працювати як індивідуально, так і в групі.


Рисунок 8 - Модуль для управління роботизованими системами і об'єктами

Рисунок 8 - Модуль для управління роботизованими системами і об'єктами

У розпорядженні членів гуртка є спеціальні навчальні комплекси, створені викладачами кафедри (рис. 9).

Комплекси дозволяють проводити розробку і програмування складних систем на базі контролерів серій PIC18, PIC24, STM32, ESP8266 і ESP32.

В даний час триває робота по створенню спеціалізованих навчальних комплексів для дисципліни «Internet Of Things», яка буде читатися протягом двох семестрів.

Ці комплекси також будуть дуже затребувані у роботі гуртків.

Наші колеги з інших кафедр надають посильну допомогу в оснащенні гуртків необхідним обладнанням.

Наприклад, кафедра «Електротехнічних систем та енергетичного менеджменту» в особі доцента Василя Зінзури надала нам паяльну станцію і двопроменевий USB осцилограф.


Навчальні комплекси для розробки і програмування складних систем

Рисунок 9 - Навчальні комплекси для розробки і програмування складних систем

Висновок:

Поєднання занять в аудиторіях і в науково-технічних гуртках в деякій мірі реалізує концепцію дуального навчання.

Тому робота гуртків дуже важлива для розвитку практичних навичок у студентів в області створення і програмування сучасних пристроїв і систем в області автоматики, робототехніки та мережевих IOT технологій.

Проекти, реалізовані студентами в гуртках потім стають основою для курсових і бакалаврських робіт, а також для публікацій в науково-технічних виданнях.

Отримані навички дають студентам велику перевагу при влаштуванні на роботу і в побудові кар'єри.





Гурток Розробка та програмування пристроїв Internet of Things




Гурток Автоматика, програмування і робототехніка


МЕРЕЖЕВИЙ МОДУЛЬ УПРАВЛІННЯ ДВИГУНАМИ РОБОТОТЕХНІЧНИХ ОБ'ЄКТІВ

На кафедрі ПКСМ членами науково-технічного гуртка «Автоматика, програмування і робототехніка» розроблений і створений модуль управління двигунами робототехнічних об'єктів (рис. 1).

Модуль управління двигунами робототехнічних об'єктів

Рисунок 1 - Модуль управління двигунами робототехнічних об'єктів

Робота проводилася під керівництвом доцентів Н.В. Смірнової та В.В. Смірнова в рамках науково-дослідної теми «Дослідження та створення адаптивної мобільної мережі 2.4 GHz для управління роєм БПЛА і робототехнічних об'єктів».

Застосування модуля

Модуль може бути використаний для управління роботом, роботизованими системами і об'єктами на базі двигунів постійного струму або сервоприводів.

Функції модуля

  • Управління двигунами постійного струму відповідно до програми або команди що надійшла.
  • Управління сервоприводами відповідно до програми або команди що надійшла.
  • Відправлення повідомлень в мережу 2.4 GHz про поточний статус модуля.

Режими роботи модуля

  • Автономний режим відповідно до закладеної програми.
  • Керований режим по провідному інтерфейсу UART.
  • Керований режим у середовищі адаптивної мобільної мережі 2.4 GHz.

Кількість двигунів

  • Двигуни постійного струму: 6 шт.
  • Сервоприводи - 12 шт.

Управління сервоприводами здійснюється у синхронному режимі.

Передбачена спільна робота двигунів постійного струму і сервоприводів.

Контролер забезпечує робочий струм двигунів до 0.6 А при напрузі до 36 В. При використанні більш потужних двигунів необхідно встановити відповідні драйвери.

Інтерфейси і протоколи

Взаємодія модуля з системою управління здійснюється:

  • По інтерфейсу UART/RS 232.
  • За допомогою власного розробленого протоколу у середовищі адаптивної мобільної мережі 2.4 GHz.

Сервер і протокол MQTT не використовується, що дозволяє управляти робототехнічною системою в режимі реального часу.

Відстань між модулем і системою управління в мережі 2.4 GHz може досягати 100 метрів на відкритій місцевості і до 20-50 метрів в приміщенні.

Програмне забезпечення модуля створено на мові програмування С.




MОДУЛЬ МЕРЕЖЕВОГО ДЕТЕКТОРА ЗМІНИ СТАНУ ДАТЧИКІВ І СИГНАЛІВ

На кафедрі ПКСМ членами науково-технічного гуртка «Автоматика, програмування і робототехніка» розроблений і створений модуль (прототип) мережевого детектора зміни стану датчиків і сигналів (рис. 1).

Mодуль мережевого детектора зміни стану датчиків і сигналів

Рисунок 1 - Mодуль мережевого детектора зміни стану датчиків і сигналів

Робота проводилася під керівництвом доцентів Н.В. Смірнової та В.В. Смірнова в рамках науково-дослідної теми «Дослідження та створення адаптивної мобільної мережі 2.4 GHz для управління роєм БПЛА і робототехнічних об'єктів».

Застосування модуля

Модуль може бути використаний у системі охоронної сигналізації як автономно, так і в складі системи «Розумний будинок» у середовищі адаптивної мобільної мережі 2.4 GHz.

Функції модуля:

  • виявлення зміни стану датчиків і сигналів від різних об'єктів;
  • комутація електричного кола зі струмом до 2 А на заданий часовий інтервал;
  • включення сигналу повідомлення при зміні стану датчиків;
  • передача стану датчиків, сигналів і поточного стану в адаптивну мобільну мережу 2.4 GHz;
  • виконання керуючих команд від системи «Розумний будинок».

Вхідні сигнали в будь-якій комбінації:

  • сигнали від датчиків руху;
  • дискретні сигнали;
  • сигнали від герконів;
  • сигнали від кнопок та іншого комутаційного обладнання;
  • сигнал датчика освітленості.

Вихідні сигнали:

  • комутація силового ланцюга зі струмом до 2 А на заданий часовий інтервал (включення освітлення, сирени, виконавчого пристрою);
  • сигнал повідомлення про зміну стану датчиків;
  • передача повідомлення в мережу 2.4 GHz;
  • передача повідомлення по інтерфейсу UART / RS-232;

Інтерфейси і протоколи

Взаємодія модуля з системою «Розумний будинок» здійснюється як по інтерфейсу UART/RS-232 так і за допомогою власного розробленого протоколу у середовищі адаптивної мобільної мережі 2.4 GHz.

При цьому сервер і протокол MQTT не використовується, що зменшує час реакції системи на повідомлення модуля і підвищує надійність системи в цілому.

Відстань між модулями в мережі 2.4 GHz може досягати 100 метрів на відкритій місцевості і до 20-50 метрів в приміщенні.

При використанні дротового з'єднання відстань між модулем зміни стану датчиків і сигналів і мережевим модулем може досягати 1 км.

Програмне забезпечення модуля створено на мові програмування С.



© 2021 KNTU