Актуальные вопросы информационно-коммуникационных технологий и средств безопасности



страница3/3
Дата01.12.2017
Размер0.54 Mb.
1   2   3

Разработка USB осциллографа на базе микроконтроллера PIC18F2550

Сафин Р.Г., студент Уфимского государственного колледжа радиоэлектроники

Королькова Г.М., научный руководитель, преподаватель Уфимского государственного колледжа радиоэлектроники

Электроника прошла несколько этапов развития, за время которых сменилось несколько поколений элементной базы: дискретная электроника электровакуумных приборов, дискретная электроника полупроводниковых приборов, интегральная электроника микросхем (микроэлектроника), интегральная электроника функциональных микроэлектронных устройств (функциональная микроэлектроника).

Элементная база электроники развивается непрерывно возрастающими темпами. Каждое из приведенных поколений, появившись в определенный момент времени, продолжает совершенствоваться в наиболее оправданных направлениях. Развитие изделий электроники от поколения к поколению идет в направлении их функционального усложнения, повышения надежности и срока службы, уменьшения габаритных размеров, массы, стоимости и потребляемой энергии, упрощения технологии и улучшения параметров электронной аппаратуры.

Современный этап развития электроники характеризуется широким применением интегральных микросхем (ИМС). Разрабатываемые сейчас сложные системы содержат десятки миллионов элементов. Все эти проблемы успешно решает микроэлектроника.

Микроэлектроника — подраздел электроники, связанный с изучением и производством электронных компонентов с геометрическими размерами характерных элементов порядка нескольких микрометров и меньше. Так же частью микроэлектроники являются микроконтроллеры.

Микроконтро́ллер (англ. Micro Controller Unit, MCU) — микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ и (или) ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять простые задачи.

Одним из важнейших приборов в радиоэлектронике и микроэлектроники является осциллограф.

Осциллограф – прибор, показывающий форму напряжения во времени. Также он позволяет измерять ряд параметров сигнала, такие как напряжение, ток, частота, угол сдвига фаз. Но главная польза от осциллографа – возможность наблюдения формы сигнала. Во многих случаях именно форма сигнала позволяет определить, что именно происходит в цепи. Используются в прикладных, лабораторных и научно-исследовательских целях, для контроля, изучения электрических сигналов — как непосредственно, так и получаемых при воздействии различных устройств, сред на датчики, преобразующие эти воздействия в электрический сигнал.

Надежность и простота эксплуатации современных осциллографов не требуют никаких особых специальных знаний и опыта. Интерпретация полученной информации может быть легко произведена путем элементарного визуального сравнения.

Каждый, снимаемый при помощи осциллографа сигнал может быть описан при помощи

следующих основных параметров:

- амплитуда: разность максимального и минимального напряжений (В) сигнала в пределах периода;

- период: длительность цикла сигнала, мсек;

- частота: количество циклов в секунду, Гц;

- ширина: длительность прямоугольного импульса, мс, мкс;

- скважность: отношение периода повторения к ширине (в зарубежной терминологии

применяется обратный скважности параметр называемый рабочим циклом, выражен-

ный в %);

- форма сигнала: последовательность прямоугольных импульсов, единичные выбросы,

синусоида, пилообразные импульсы, и т.п.



Рисунок 1 - USB осциллограф на МК PIC18F2550. Схема электрическая структурная

Структурная схема разрабатываемого устройства изображена на рисунке 1, состоит из следующих блоков:



  1. микроконтроллера;

  2. ЭВМ;

  3. программы.

Все функции, выполняемые устройством, заложены в управляющей программе для ПК и для микроконтроллера, которые хранятся в ПЗУ МК.

Обмен между МК и ЭВМ осуществляется через USB порт. В связи с исчезновением COM и LPT портов из современных компьютеров многим приходится, приспосабливаются к работе с USB, который активно используется разработчиками аппаратного обеспечения для ПК. При разработке USB устройства существует трудность – написание драйвера разрабатываемого USB устройства для операционной системы компьютера. Это требует специальных знаний, времени и программного обеспечения. Выходом из данной ситуации может быть создание USB-устройств класса HID (Human Interface Device — устройство взаимодействия человека с компьютером), драйверы для которых имеются в операционной системе. При этом достаточно просто сконфигурировать разрабатываемое устройство так, что бы оно воспринималось компьютером как HID устройство. Рассматриваемый данный осциллограф воспринимается системой как USB HID устройство и не требует установки дополнительных драйверов.

В результате для считывания потока данных достаточно просто читать порт А с необходимой периодичностью и записывать данные в память. Для буфера данных используется один банк RAM PIC18F2550 размером 256 байт. В прошивке реализована простейшая синхронизация входного сигнала.

Цикл сбора данных в буфер запускается командой от ПК по USB, после чего можно эти данные через USB порт прочитать. В результате ПК получает 256 8-битных отсчетов, которые может, например, отобразить в виде изображения в программе.



Рисунок 2 USB осциллограф на МК PIC18F2550, схема электрическая принципиальная

Электрическая принципиальная схема USB осциллографа на PIC-контроллере представлена на рисунке 2. Основой разрабатываемого устройства является PIC-контроллер IC1 (PIC18F2550). На него возлагаются функции сбора и обработки информации. Частота работы МК задается генератором тактовых импульсов на кварцевом резонаторе ZQ1 с частотой 20 МГц. После включения питания МК настраивает порты ввода и вывода, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). Затем начинает выполняться основной цикл, который является бесконечным.

При сборке нашего устройства мы использовали режим тактирования от кварцевого резонатора с частотой 20 МГц. Аналоговый вход подключен к выводу RA0 микроконтроллера, который сконфигурирован на аналоговый ввод. Через резистор R1 напряжение питания попадает на сброс микроконтроллера. Конденсаторы C1 и C2 – необходимы для внутренней стабилизации и защиты от скачков напряжение USB порта. Катушка L1 используется для защиты от помех источника питания. В нашем случае питание используется от компьютера. Так же можно использовать модернизированный загрузчик Tiny PIC Bootloader, который позволяет загружать прошивку в микроконтроллер на скорости 115,200 бод. Для загрузки или обновления прошивки микроконтроллера используются загрузчик и USART выводы микроконтроллера, которые необходимо подключить к преобразователю уровней RS-232.

Несмотря на свою простоту, устройство является абсолютно работоспособным, что доказано в экспериментальной части.

Применение современной элементной базы, главным образом МК, позволило сократить количество элементов, а также объединить в устройстве множество функций.

По экономическим показателям разрабатываемое устройство является достаточно недорогим, в соотношении с количеством выполняемых им функций.

Разрабатываемое устройство является более эффективным и объединяет в себе функции, ранее выполнявшиеся несколькими устройствами. За счет применения МК имеется возможность программирования устройства и с каждой новой программой перепрофилировать устройство.

USB осциллограф является более миниатюрным, чем все предыдущие аналоги. Использование современных технологий позволило не только усовершенствовать устройство, но и сделать его более эргономичным.

Разработка и изготовление устройства внешней индикации состояния коробки передач для автомобиля-робота.
Табулдин Т. Т., Родионов Е. А., студенты Уфимского государственного колледжа радиоэлектроники

Туктаров Р. Ф., научный руководитель, кандидат технических наук УНЦ РАН.


Устройство предназначено для автомобиля робота, разработанным отделом робототехники Уфимского Государственного колледжа Радиоэлектроники. Для управления данным автомобилем не нужно водительское удостоверение, ведь за рулем этого автомобиля человек не сидит, а управление осуществляется дистанционно, по радиосвязи, с помощью пульта управления. При управлении автомобилем-роботом, при помощи пульта управления, управляющий не видит в каком положении находится коробка передач. Это может создать разные внештатные ситуации, таких как ошибочное нажатие кнопок на пульте, что может привести к поломке автомобиля. По этим причинам отделом робототехники ставилась задача разработать специальную индикацию, которая выводила бы информацию о состоянии коробки передач.

В связи с этим было разработано и изготовлено устройство внешней индикации состояния коробки передач. В основе данного устройства лежит светодиодное табло. Устройство не зависит от пульта управления, связано только с коробкой передач автомобиля-робота. При движении автомобиля вперед, назад, или стоянке на индикаторе табло выводиться соответствующая информация. Данное устройство, позволяет визуально наблюдать за состоянием коробки передач автомобиля – робота с некоторого расстояния.

Конструкция устройства блока индикации представляет из себя форму цилиндра, со светодиодными матрицами вдоль боковой части, и является индикатором табло. При движении автомобиля, когда коробка передач включена в скорость, на индикаторе - табло горит и движется по кругу буква «D», что означает движение автомобиля. Когда автомобиль сдает назад на индикаторе – табло горит и движется по кругу буква «R», когда автомобиль стоит на месте без движения, то соответственно «P».

Данное устройство имеет следующие особенности:

– отсутствие языкового и символьного барьера, т.е. возможность формирования произвольных символов и графических изображений;

– возможность полной автономной работы без подключения к ПК

– поддержка двухцветного табло

– загрузка графики и управление параметрами строки через USB порт.

– эффекты: 10 определяемых пользователем мест временного останова бегущей строки.

Данное устройство работает на базе микроконтроллера ATmega16. В память микроконтроллера прошивается управляющая программа устройством внешней индикации состояния коробки передач.

Программа для устройства внешней индикации состояния коробки передач выполняет 3 основные функции:

1) Прием сигнала с коробки передач;

2) Считывание кода буквы;

3) Отображение символа;

Программа постоянно проводит опрос концевых выключателей. Если один из них замкнут, то на микропроцессор подается сигнал логической единицы, после чего выполняется подпрограмма считывания, которая побитно считывает код в виде нулей и единиц для каждой строки, и подпрограмма отображения символа, в которой содержится код для отображения буквы. Фактически, если один из трех концевых выключателей замкнут то отображается буква D (машина едет вперед), если другой, то отображается буква P (машина находится в нейтральном состоянии), если же замкнут третий, то отображается буква R (машина движется назад).


Разработка Wi-Fi робота с Web камерой

Такиуллин И.Э., Сольев А.В., студенты Уфимского государственного колледжа радиоэлектроники

Королькова Г.М научный руководитель, преподаватель Уфимского государственного колледжа радиоэлектроники

Актуальна возникшая в последние годы социальная потребность в роботах. Роботы освобождают массу людей от тяжелого, не интересного, утомительного или опасного для их здоровья труда. Люди, высвобожденные в результате роботизации, могут заниматься более квалифицированной интеллектуальной работой (управлением машинами и роботами, принятием сложных и ответственных решений, научными исследованиями и т.п.). Люди создают роботов для того, чтобы самим не превратиться в них.

Робот-машина предназначена для управления с любого компьютера без проводов при помощи связи по Wi-Fi. Трансляция видеосигнала в реальном времени передается на компьютер с помощью видео камеры и сети Wi-Fi.  

Обычно роботы с дистанционным управлением используют радиосвязь,  которая затухает, дает помехи и имеет очень ограниченное рабочее расстояние. В проекте используется Wi-Fi стандарта 802.11g для отправки управляющих сигналов через TCP/IP протокол, который управляет потоком данных. Это дает возможность бесперебойной и надежной передачи управляющих сигналов роботу-машине. Сеть  Wi-Fi поддерживает высокую скорость передачи данных, что позволяет осуществить передачу высококачественного видеосигнала в реальном времени. Wi-Fi робот с Web камерой может применяться в туннелях, трубопроводах и на охраняемых территориях, куда невозможно проникнуть человеку из-за большого риска потери жизни.

Робот движется со скоростью 12 км/ч на расстояние до 200м от управляющего компьютера. Его аккумуляторные батареи рассчитаны 1,5 часа полноценной работы. Роутер типа TP-LINK TL-MR3020 позволяет использовать точку доступа между роботом и компьютером, что позволяет увеличить рабочую дистанцию в несколько раз.

Схема электрическая структурная Wi-Fi робота с Web камерой показывает принцип работы блоков и электрическую связь между ними.

Структурная схема робота-машины состоит из следующих функциональных блоков:

1 ноутбук служит для управления роботом и наблюдением видео;

2 роутер - служит для передачи сигнала;

3 микроконтроллер - служит для обработки сигнала;

4 драйвер управления двигателями - подает сигнал управления в электродвигатель;

5 web - камера предназначена для наблюдения за движением робота;

6 сервопривод - служит для управления рулевой частью робота, которая состоит из двух рулевых тяг, обеспечивающих поворот машины влево,

вправо;


7 электродвигатель - исполнительное устройство для движения робота машины вперед, назад;

Рисунок 1-Wi-Fi робот с Web – камерой. Схема электрическая структурная


Основой схемы Wi-Fi робота с Web – камерой (рисунок2) является микроконтроллер Arduino Pro Mini 328 (DD2), который построен на микроконтроллере ATmega168.

Рисунок 2-Wi-Fi робот с Web – камерой. Схема электрическая принципиальная

На вход порта D1 модуля te-mini (DD2) поступают данные от роутера (на схеме не показан). Если получено число «119», то с вывода 7 микросхемы DD2 подается логическая. «1» на вывод 2 микросхемы DD1, что в свою очередь запускает мотор и машинка едет вперед.

Если получено число «115», то с вывода 8 микросхемы DD2 подается логическая. «1» на вывод 7 микросхемы DD1, что в свою очередь запускает мотор и машинка едет назад.

Если получено число «108», то с вывода 4 микросхемы DD2 подается логическая. «1», что в свою очередь включает 2 светодиода (на рисунке не показаны). Светодиоды предназначены для освещения дороги в темном пространстве или в темное время суток.

Если получено число «97», то сервопривод машины поворачивает влево на 10 градусов.

Если получено число «100», то сервопривод машины поворачивает вправо на 10 градусов.

Использование микроконтроллеров для построения различных устройств позволяет не только улучшить их основные технические характеристики, такие как надежность, быстродействие, точность, массогабаритные характеристики, энергопотребление, но и получить такую конструкцию, совершенствование функций которой можно производить без изменения конструкторской документации и перестройки производственного цикла, путем изменения запрограммированной прошивки микроконтроллера.

Wi-Fi робот с Web – камерой может использоваться в различных сферах человеческой деятельности. Перспективность изделия высокая, так как во много облегчит жизнь людям с ограниченными возможностями, объем выпуска возможен серийный. Габариты малые 236 мм, 180 мм, 160 мм, вес 950 гр. Конструкция выполнена максимально просто, что обеспечивает удобство технического обслуживание и ремонта.

Монтаж опор и других устройств, для обеспечения транспортабельности изделия не требуется. Надежность и ремонтопригодность конструкции высокая, так как радиоэлементы и материалы дешевые и распространенные. Изготовление не требует применения высокопроизводительных типовых технологических процессов и средств технического оснащения. Цена не высокая, но основной эффект – социальный.


Разработка автоматизированного рабочего места кассира кинокассы

Трубанова Р.А., студентка Уфимского государственного колледжа радиоэлектроники

Бронштейн М.Е., научный руководитель, преподаватель Уфимского государственного колледжа радиоэлектроники

Автоматизированное рабочее место - индивидуальный комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизации профессионального труда специалиста и обеспечивающий подготовку, редактирование, поиск и выдачу на экран и печать необходимых ему документов и данных. Автоматизированное рабочее место обеспечивает оператора всеми средствами, необходимыми для выполнения определенных функций.

Главной целью создания автоматизированного рабочего места является не упрощение, а категоризация и стандартизация автоматизируемого процесса, что позволяет обеспечивать стабильность работы системы, прозрачность её контроля и анализа слабых мест и основания для её развития либо свёртывания.

Автоматизация рабочего места кассира кинокассы позволит: повысить эффективную работу касс; простой и понятный интерфейс поможет кассиру легко продавать билеты на любое место за наличный расчет, осуществлять продажу на текущий сеанс или предварительную продажу билетов, бронировать места в зрительном зале, регистрировать продажу забронированных билетов; легко управлять кинокассой, за счет разделения проекта на две составляющие (пользовательская и администраторская части); контролировать работу кассиров; ввод данных о продажах конкретного кассира.


Программный продукт автоматизированное рабочие место кассира кинокассы был разработан в интегрированной среде разработки Microsoft Visual Studio, на объектно-ориентированный язык программирования C# (C Sharp). Для работы с базами данных была выбрана СУБД MySQL.
глф
Рисунок 1 – Экранная форма интерфейса главной формы администраторской части программного продукта
глфорпольз
Рисунок 2 – Экранная форма интерфейса главной формы пользовательской части программного продукта
продаж
Рисунок 3 – Экранная форма продажи билетов на киносеанс
Сравнивая данный программный продукт с аналогичными продуктами на рынке IT, такими как «TillyPad», можно сделать вывод о том, что суммарная себестоимость решения от ООО «КиноЭксперт» относительно мала. Автоматизированное рабочие место кассира кинокассы не уступает по дополнительным функциональным возможностям аналогичным продуктам, при этом превосходит вышеупомянутый программный продукт по простоте обращения и удобству интерфейса. Огромным плюсом разработанного программного продукта является то, что программа легка в освоении и не требует дополнительных затрат на обучение персонала кинотеатра. Также автоматизированное рабочие место кассира кинокассы от ООО «КиноЭксперт» имеет административную часть, предназначенная администратору, которая позволяет добавлять, изменять, удалять информацию о фильмах; создавать расписание киносеансов; устанавливать цены на билеты; просматривать ежедневные отчеты о продаже, а также имеет пользовательскую часть, непосредственно предназначенная кассиру, которая позволяет обрабатывать заявки, оформлять продажи.

Проанализировав вышесказанное, можно сделать вывод о том, что разработанное автоматизированное рабочие место кассира кинокассы обладает большой экономической эффективностью, являясь оптимальным решением для кинотеатров и развлекательных комплексов.


Разработка программного продукта «Семейное древо» на платформе «1С: Предприятие 8.2»

Филатов А.В., студент Уфимского государственного колледжа радиоэлектроники

Нуйкин И.В., преподаватель Уфимского государственного колледжа радиоэлектроники

Вдовин И.Г., директор ООО «Онлайн – Консалтинг»

«1С: Предприятие 8.2» является самой популярной и востребованной системой управления предприятием в Российской Федерации. За счет этого, написание программного продукта на платформе «1С: Предприятие 8.2» обеспечивает актуальность и востребованность данного программного продукта, так как в дальнейшем его можно внедрять на любое предприятие работающее под управлением платформы «1С: Предприятие 8.2».

Программный продукт «Семейное древо» позволяет создавать генеалогическое древо, которое содержит в себе информацию о родословной определённой семьи. Также эту программу можно использовать для построения иерархического графика на производстве. Например, если компания занимается выпуском своего продукта, то внедрив программу «Семейное древо» на своё предприятие, компания сможет строить графики использованных деталей при построении нового продукта.


Рисунок 1 – Главное окно программы



Рисунок 2 – Форма отчета


Содержание
1. Гималетдинов Р.М., Арефьев А.В., Разработка лабораторного стенда «Применения и настройка GSM- сигнализации».

2. Горбунов А.А., Туктаров Р. Ф., Разработка ультразвуковой системы экстренного торможения автомобиля – робота.

3. Гумеров А.Ф., Литвинова И.В., Разработка устройства для воспроизведения аудиофайлов в wav формате на базе микроконтроллера ATmega32.

4. Даутов Р.А., Арефьев А.В.,

Система проводной охранно-пожарной сигнализации

5. Дорофеев А. С., Фридман Г. М. Разработка светодиодного куба

6. Логинов П.А., Нуйкин И.В., Вдовин И.Г.Разработка и внедрение

модуля 1С: Предприятие «Календарный график учебного процесса»

7. Муратов А.Ф., Бронштейн М.Е., Разработка программы для расчёта затрат, необходимых для ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов

8.Муртазин А.Э., Арефьев А. В., Использование тепловизионной

техники в области защиты информации

9.Мухаметзянов Р.И., Бронштейн М.Е. Разработка программного продукта «Органайзер бухгалтерского аутсорсинга» для ООО ЦБП «Бухгалтер+»

10 Никитин Д.СХакимова Г.Г.,Разработка микроконтроллерного замка на инфракрасных лучах с шифрованием

11Сафин Р.Г., Королькова Г.М., Разработка USB осциллографа

на базе микроконтроллера PIC18F2550

12.Табулдин Т. Т., Родионов Е. А., Туктаров Р. Ф., Разработка и

изготовление устройства внешней индикации состояния коробки передач для автомобиля-робота.

13.Такиуллин И.Э., Сольев А.В., Королькова Г.М

Разработка Wi-Fi робота с Web камерой

14.Трубанова Р.А., Бронштейн М.Е

Разработка автоматизированного рабочего места кассира кинокассы на платформе«1С: Предприятие 8.2»

15Филатов А.В., Нуйкин И.В., Разработка программного продукта



«Семейное древо»




Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница