«Програмно-апаратні засоби керування моделлю автомобіля» сторінка 2

16 більша, тим швидше мікроконтролер може обробити великі масиви даних, але такий підхід не завжди справедливий, Для кожного завдання висуваються індивідуальні вимоги, як за швидкістю, так і за способом обробки, наприклад, застосування 32-х розрядного ARM мікропроцесора для роботи в простих пристроях, що оперують з 8 бітним словами може бути не обгрунтоване як по зручності написання програми і обробки інформації, так і по собі вартості.
Однак, за статистикою на 2017 рік, вартість таких контролерів активно знижується, і, якщо так триватиме і далі - він буде дешевше найпростіших PIC контролерів, при наявності набагато більшому наборі функцій. Не зрозуміло тільки одне - це маркетинговий хід і заниження ціни, або реальний технологічний прогрес.
Розподіл за типом системи команд:
− RISC-архітектура, або скорочена система команд. Орієнтована на швидке виконання базових команд за 1, рідше 2 машинних цикли, а також має велику кількість універсальних регістрів, і довший спосіб доступу до постійної пам'яті. Архітектурна характерна для систем під управління
UNIX;
− СISC-архітектура, або повна система команд, характерна пряма робота з пам'яттю, більше число команд, мале число регістрів (орієнтована на роботу з пам'яттю), тривалість команд від 1 до 4 машинних циклів.
Приклад - процесори Intel.
− Розподіл за типом пам'яті:
− Архітектура Фон-Неймана - має загальну область пам'яті для команд і даних, при роботі з такою архітектурою в результаті помилки програміста дані можуть записатися в область пам'яті програм і подальше виконання програми стане неможливим. Пересилання даних і вибірка команди не може здійснюватися одночасно з тих же причин. Розроблено в 1945 році.
− Гарвардська архітектура - роздільна пам'ять даних і пам'ять програм, використовувалася в перші на комп'ютерах сімейства Mark. Розроблено в
1944 році.

17
1.4. Програмування мікроконтролерів
Мікроконтролери спочатку програмувались лише на мові асемблера, але різні мови програмування високого рівня, такі як C, Python та JavaScript, зараз також широко використовуються для програмування мікроконтролерів та вбудованих систем. Компілятори для мов загального призначення, як правило, матимуть деякі обмеження, а також вдосконалення для кращої підтримки унікальних характеристик мікроконтролерів. Деякі мікроконтролери мають середовища, які допомагають розробляти певні типи програм (рис. 1.2). Постачальники мікроконтролерів часто роблять інструменти у вільному доступі, щоб полегшити використання обладнання.
Симулятори доступні для деяких мікроконтролерів. Вони дозволяють розробнику проаналізувати, якою має бути поведінка мікроконтролера та їх програми, якщо він використовував фактичну деталь. Симулятор покаже внутрішній стан процесора, а також стан виходів, а також дозволить генерувати вхідні сигнали.
Хоча, з одного боку, більшість тренажерів не зможуть імітувати багато іншого обладнання в системі, вони можуть виконувати умови, які в іншому випадку важко відтворити за власним бажанням у фізичній реалізації, і можуть бути найшвидшим способом налагодження та аналізу проблеми.

18
Рис. 1.2. Piklab – інтегроване середовище розробки для мікроконтроллерів сімейства Pic.
1.5. Огляд технології дистанційного керування та пультів дистанційного
керування.
Одним з найважливіших компонентів сучасних ЕОМ є пристрій вводу-виводу.
Це пристрій для обміну інформацією між комп’ютером та зовнішнім середовищем.
Якщо в перших обчислювачах введення інформації здійснювався за допомогою прямого замикання блоків пам’яті, то згодом, в більш пізніших машинах, з’явився такий пристрій введення як клавіатура. Пізніше ще з'явилися такі пристрої як миша та графічний планшет.
В даний час все більше з'являється пристроїв, що працюють дистанційно - так званих «розумних» пристроїв. Однією з головних функцій такого пристрою є дистанційне керування (в найпростішому випадку включення і відключення) будь- якого обладнання. З'являються спеціальні програми за допомогою, яких людина може управляти електроустаткуванням. За допомогою смартфона з використанням WI-FI

19 мережі можна управляти як побутовими приладами, так і великими об'єктами виробничих комплексів.
Дистанційне керування - це передача сигналу від оператора до об'єкта управління, який розташований на певній відстані. Найчастіше використовується, коли доступ до об'єкта управління неможливий з яких-небудь причин або небажаний, а також коли об'єкт знаходиться в русі. Пульт дистанційного керування – це електричний пристрій, який використовується для керування іншим пристроєм на певній відстані.
1.5.1. Використання пультів дистанційного керування.
Звичайно, пульти дистанційного керування - це не просто серфінг по каналах.
У наші дні ви можете знайти можливість дистанційного керування, вбудовану у величезний набір продуктів. Іграшкові автомобілі та вертольоти, приставки для відеоігор, стельові вентилятори, як вам сказати - є велика ймовірність, що ви знайдете версію, яка управляється за допомогою пульта дистанційного керування. Ви навіть можете придбати унітаз з дистанційним управлінням.
А самі пульти дистанційного керування бувають найрізноманітніших форм і розмірів, починаючи від великогабаритних версій для короткозорих і закінчуючи крихітними пристроями кишенькового розміру. Світлодіодний телевізор Samsung
9000 навіть оснащений пультом дистанційного керування, який має вбудований сенсорний РК-екран, що дозволяє переглядати телевізійну програму, відмінну від програми на великому екрані.
Смартфони стають універсальними пультами дистанційного керування, якими можна керувати безліччю цифрових продуктів. За допомогою потрібного додатка ви можете за допомогою телефону розблокувати двері автомобіля на милі, запланувати свій відеореєстратор для запису телевізійної програми, керувати YouTube на своєму ноутбуці або, як ви вже здогадалися, змінити канали (і багато іншого) на своєму телевізорі.

20
Віддалені технології теж мають більш серйозні цілі. Зараз у всьому світі використовуються різні боєприпаси з точним наведенням, що використовуються в конфліктах. Лазерно-керовані бомби застосовуються для ураження невеликих ділянок, на які було набагато важче атакувати, використовуючи звичайні "німі" бомби. Крилаті ракети можна запускати на відстані багатьох миль і направляти майже в будь-яку ціль.
Зараз різноманітна броньована техніка оснащена баштами з дистанційним управлінням, які дозволяють солдатам сидіти під зброєю у відносній безпеці, націлюючи та стріляючи з пістолета за допомогою камери та джойстика. Безпілотні літальні апарати забезпечують дистанційне спостереження та можливості атаки, керовані ударними командами, пов'язаними з офісами, за тисячі миль від них.
Дистанційна технологія дозволяє нам переслідувати менш руйнівні прагнення.
У багатьох своїх проектах NASA значною мірою покладається на дистанційне управління. Один з найбільших тріумфів організації припав на 1997 рік, коли космічний корабель Mars Pathfinder розмістив на поверхні Марса рухомий зонд.
Вчені на Землі надіслали інструкцію до марсохода, наказавши йому використовувати різні інструменти для збору даних про погоду, грунтові умови та багато іншого. Успіх цієї місії породив подальшу місію в 2003 році, коли ровери Spirit
і Opportunity роками досліджували Марс.
1.5.2. Види пультів дистанційного керування.
Сьогодні на ринку існує безліч типів пультів дистанційного керування, але чи замислювались ви коли-небудь про те, як працюють ці пульти дистанційного керування, або яка технологія використовується.
Інфрачервоні або ІЧ-пульти використовують невидиме інфрачервоне світло. Ці
інфрачервоні лампочки модулюються і встановлюються на певну частоту для надсилання унікальних спалахів ІЧ світла на пристрій. Потім кожен інфрачервоний код інтерпретується як певна функція ІЧ-приймачем керованого пристрою і

21 представляє різні команди, такі як увімкнення / вимкнення живлення, збільшення / зменшення гучності або збільшення / зменшення каналу та багато іншого. Більшість електронних пристроїв, якими керують пульти дистанційного керування, використовують інфрачервону технологію. Це характерно для телевізорів, супутникових приймачів, кабельних коробок, відео-регістраторів, пристроїв домашньої автоматизації тощо. Інфрачервона технологія також використовується для управління механічними пристроями, такими як підйомники та двигуни.
Переваги: проста схема керування, низька вартість, більший час автономної роботи.
Недоліки: пульт потрібно спрямовувати на керуючий пристрій.
Радіочастотний пульт дистанційного керування - це портативний бездротовий пристрій, який використовується для управління різними електронними пристроями
(аудіо, відео та іншим електронним обладнанням) за допомогою радіочастотної передачі. Радіочастотні пульти не потрібно спрямовувати на потрібний пристрій, як це відбувається в ІЧ-пультах.
Радіочастотна технологія також широко використовується в наші дні, проте вона все ще рідша порівняно з ІЧ технологією керування. Ця технологія працює на модульованій хвильовій формі в радіочастотному спектрі. Радіочастотний пульт дистанційного керування передає унікальні коди на головний пристрій. Приймаючий пристрій складається з радіочастотного приймача, який здатний розпізнавати радіочастотний сигнал від радіочастотного пульта, а потім декодує ці сигнали для виконання певної дії.
Радіочастотні пульти дистанційного керування дуже часто використовуються для відкривання гаражних дверей, автосигналізації, радіокерованих іграшок. Вони також використовуються в домашніх розважальних пристроях, супутникових приймачах, телевізорах, високоякісних стереосистемах та інших дистанційно керованих пристроях.
Переваги: широкий діапазон дії, немає перешкод.

22
Пульт дистанційного керування Wi-Fi передає сигнали управління через мережу Wi-Fi. Ці пульти дистанційного керування використовують технологію радіочастот. Виробництво пульта дистанційного керування Wi-Fi є більш складним, ніж інші стандартні пульти дистанційного керування. Ці пульти слід спочатку підключити до мережі Wi-Fi, оскільки вони використовують протокол Wi-Fi для роботи.
Переваги: можна підключити навіть сматфон.
Недоліки: керований пристрій і пульт мають знаходитись в одній мережі.
Дротові пульти дистанційного керування фізично підключені до пристрою для управління. Провідний пульт дистанційного керування надсилає команду на пристрій через підключений провід.
Переваги: пульт напряму передає команди в керований пристрій без перешкод.
Недоліки: можуть працювати лише з пристроєм, підключеним через провід.
1.6. Висновки до розділу 1
Проаналізувавши викладений в розділі вище матеріал, можна сказати, що для реалізації невеликих комп'ютеризованих платформ не обов'язково використовувати звичайні плати і процесори, які ми звикли бачити в ПК. Для таких проектів краще підходить мікроконтролер, який є дуже зменшеною версією комп'ютера. А способи керування таких платформ є різноманітними.

Виконав
Аркуш
Аркушів
Літера
Керівник
Консульт.
Н-котрол.
Зав. каф.
П'ятківський В.Ю.
Климова А.С.
Шевченко О.П.
Савченко А.С.
Кафедра КІТ (47)
НАУ 21 38 75 000 ПЗ
412 122
Аналіз програмно-апаратних
компонентів реалізації керування
моделлю автомобіля.
23
17
РОЗДІЛ 2
АНАЛІЗ ПРОГРАМНО-АПАРАТНИХ КОМПОНЕНТІВ РЕАЛІЗАЦІЇ
КЕРУВАННЯ МОДЕЛЛЮ АВТОМОБІЛЯ.
2.1. Огляд Arduino UNO
Arduino / Genuino Uno - це плата мікроконтролера на базі процесора
ATmega328P. Максимальна довжина і ширина друкованої плати Uno становить 6.9 см
і 5.4 см відповідно, з урахуванням роз'єму USB і роз'єму живлення, які виступають за межі плати. Вона має 14 цифрових входів / виходів (з яких 6 можна використовувати як ШІМ-виходи), 6 аналогових входів, чіп з частотою роботи 16 МГц, два роз'єми: силовий і USB, роз'єм ISCP для внутрисхемного програмування і кнопку перезавантаження пристрою (рис. 2.1). Для стабільної роботи плату необхідно підключити до живлення або через вбудований USB Роз'єм, або підключивши роз'єм живлення до джерела від 7 до 12В. Через перехідник живлення плата також може працювати і від батареї формату Крона.
Плата Arduino / Genuino Uno може живитися через USB-з'єднання або за допомогою зовнішнього джерела живлення. Джерело живлення вибирається автоматично. Зовнішнє (не USB) живлення може надходити або від адаптера змінного струму до постійного струму, або від акумулятора. Адаптер можна підключити, підключивши 2,1-мм позитивний штекер до центрального гнізда в гнізді живлення плати. Виводи від акумулятора можна вставити в роз'єми штепсельних роз'ємів GND та Vin.

24
Плата може працювати від зовнішнього джерела живлення від 6 до 20 вольт.
Однак якщо джерело живлення менше 7 В, штифт 5 В може подавати напругу менше п’яти вольт, і плата може стати нестійкою. Рекомендується подавати напругу в діапазоні від 7В до 20В, для уникнення перегріву і згоряння вбудованого стабілізатора.
Рис. 2.1. Плата Arduino UNO R3.
2.1.1. Живлення
На платі передбачено кілька портів, що дозволяють живити від неї підключені датчики, сенсори і актуатори. Всі ці порти позначені:
− Vin. Вхід живлення. Використовується для отримання живлення від зовнішнього джерела. Через дайний порт відбувається тільки подача живлення на плату, отримати звідти живлення для зовнішніх пристроїв неможливо
− 5V. Джерело 5В напруги для живлення зовнішніх пристроїв. При отриманні живлення платою з будь-яких інших джерел (USB, роз'єм живлення або Vin) на цьому контакті ви завжди зможете отримати

25 стабільну напругу 5 вольт. Його можна вивести на макетну плату або подати безпосередньо на свій пристрій.
− 3V3. Джерело 3.3 В напруги для живлення зовнішніх пристроїв. Працює за таким-же принципом, що і контакт 5V. З даної ніжки також можна вивести напруга на макетну плату, або подати на необхідний датчик / сенсор напряму. Максимальний обсяг струму становить 50 мА.
− GND. Контакт для підключення заземлення. Необхідний для створення замкненого кола при підключенні до контактів Vin, 5V або 3V3. У всіх випадках ніжку GND необхідно виводити як мінус, інакше ланцюг не буде замкнутий і живлення не буде подаватися.
− IOREF. Цей порт на платі Arduino / Genuino забезпечує еталон напруги, з яким працює мікроконтролер. Залежно від напруги на порту IOREF, плата може переключитися на відповідне джерело живлення або задіяти перетворювачі рівнів, що дозволить їй працювати як з 5В, так і з 3.3В- пристроями.
Для захисту USB порту комп'ютера від зворотних струмів, короткого замикання
і перенавантаження, на платформі Arduino Uno вбудований автоматичний самовостанавлівающійся запобіжник. При проходженні струму харчування більше
500 мА через USB порт, запобіжник автоматично спрацьовує і розмикає ланцюг живлення до тих пір, поки значення струму не повернутися до нормальних.
2.1.2. Пам'ять
Плата Arduino Uno за замовчуванням підтримує три типи пам'яті:
− Flash - пам'ять об'ємом 32 кБ. Це основне сховище для команд. Коли ви прошиває контролер своїм скетчем, він записується саме сюди. 0.5кб з даного пулу пам'яті відводиться на bootloader - програму, яка займається
ініціалізацією системи, завантаження через USB і запуску скетчу.

26
− Оперативна SRAM пам'ять об'ємом 2 кБ. Тут по-замовчуванню зберігаються змінні і об'єкти, створювані в ході роботи програми. Пам'ять ця енерго-залежна, при виключенні живлення всі дані, зрозуміло, зітруться.
− Незалежна пам'ять (EEPROM) обсягом 1кб. Тут можна зберігати дані, що не зітруться при виключенні контролера. Але процедура запису і зчитування EEPROM вимагає використання додаткової бібліотеки, яка доступна в Arduino IDE за замовчуванням. Також ніжно пам'ятати про обмеження циклів перезапису, властивих технології EEPROM.
2.1.3. Порти
Порти з номерами від 0 до 13 є цифровими. Це означає, що ви можете зчитувати
і подавати на них тільки два види сигналів: HIGH (логічна 1) і LOW (логічний 0).
HIGH сигнал розпізнається Arduino як струм напругою 5В, а LOW сигнал, відповідно
0В. Кожен з 14 цифрових контактів на Uno може використовуватися як вхід або вихід.
Кожен порт може забезпечувати або приймати 20 мА, як рекомендовано, і має внутрішній підтягуючий резистор (відключений за замовчуванням) 20-50 кОм.
Максимум 40 мА - це значення, яке не можна перевищувати на жодному контакті вводу-виводу, щоб уникнути постійних пошкоджень мікроконтролера.
Arduino Uno має на своїй платформі 6 аналогових входів з дозволом 10 Біт на кожен вхід. Даний дозвіл говорить нам про те, що сигнал, що приходить на нього, можна оцифрувати в діапазоні від 0 до 1024 умовних значень.
Окрім цього деякі порти можуть виконувати додаткові функції. 0(RX) і 1(TX) цифрові порти послідовного інтерфейсу використовуються для надсилання та отримання інформації через послідовний інтерфейс (засіб зв'язку з іншими пристроями). Порти 2 та 3 можуть використовуватися для виклику переривань в роботі мікроконтролера при низькому рівні сигналу на цих контактах. Цифрові контакти 3, 5, 6, 9, 10, 11 можуть виводити 8-бітні аналогові значення у вигляді ШІМ-

27 сигналу. На порту 13 є вбудований світлодіод, який включається при отриманні HIGH
і відключається при отриманні LOW сигналу.
2.1.4. Зв'язок
Arduino Uno надає ряд можливостей для здійснення зв'язку з комп'ютером, ще одним Arduino або іншими микроконтроллерами. У ATmega328 є приймач UART, що дозволяє здійснювати послідовний зв'язок за допомогою цифрових портів 0 (RX) і 1
(TX). Мікроконтролер ATmega16U2 на платі забезпечує зв'язок цього приймача з
USB-портом комп'ютера, і при підключенні до ПК дозволяє Ардуіно визначатися як віртуальний COM-порт. Прошивка мікросхеми 16U2 використовує стандартні драйвера USB-COM, тому установка зовнішніх драйверів не потрібна. У пакет програмного забезпечення Ардуіно входить спеціальна програма, що дозволяє зчитувати і відправляти на Ардуіно прості текстові дані. При передачі даних через мікросхему-перетворювач USB-UART під час USB-з'єднання з комп'ютером, на платі будуть мигати світлодіоди RX і TX. Також є вбудована бібліотека SoftwareSerial дозволяє реалізувати послідовний зв'язок на будь-яких цифрових висновках Arduino
Uno, якщо вбудовані порти 0 та 1 будуть використовуватись для інших потреб.

1 2 3 4

скачати