Банщиков Степан
11 класс, лицей ИГУ. Иркутск
Автономный робот представляет собой движущееся устройство с собственным процессором, внешней и внутренней памятью. Так же на роботе установлены электрические двигатели, датчик температуры и средства сигнализации (светодиоды и пьезодинамик). Робот выполняет действия, записанные во внешней памяти. Эти действия можно изменять и записывать с помощью программы и специального записывающего устройства. Результат работы устройства так же записывается в микросхему внешней памяти. Информацию, находящуюся в микросхеме памяти, можно читать, записывать и редактировать с помощью компьютера.
В процессоре записана программа, по которой робот обрабатывает команды, записанные во внешней памяти, и работает напрямую с периферией устройства. Робот может выполнять команды:
-
Включение двигателя (первого или второго, вперед или назад)
-
Выключение двигателя (первого или второго, вперед или назад)
-
Включение двигателя (первого или второго, вперед или назад) на опре- деленное время с определенной скоростью
-
Ожидание определенной длительности
-
Установка конфигурационных регистров датчика температуры
-
Чтение серийного номера датчика температуры
-
Измерение температуры
-
Воспроизведение звука заданной частоты и длительности
-
Включение светодиода (одного из трех)
-
Выключение светодиода (одного из трех)
-
Включение светодиода (одного из трех) на определенное время
В дальнейшем список команд легко расширить, дописав их в процессор и компьютерную программу.
Программа процессора реализуется с помощью сделанного мною устройства подключаемого к COM-порту компьютера и программы WinPic 800.
Информация, находящаяся в микросхеме внешней памяти, читается и записывается с помощью ещё одного сделанного мною устройства и другой программы IC-Prog. Внешний вид программаторов показан на фотографии:
Сверху - программатор внешней памяти, снизу - программатор процессора.
Программы процессора и микросхемы внешней памяти
Программа процессора обычно пишется на языке C или ассемблере, но я использовал специальный компилятор Pascal для PIC-микроконтроллеров. С помощью этого компилятора (micro Pascal) можно получить ASM файл и готовый HEX файл для прошивания в процессор.
Набор команд для микросхемы внешней памяти пишется с помощью сделанной мною программы. С её помощью можно писать и редактировать набор команд выполняемых процессором робота. Так же можно читать результат работы робота.
Блок-схема робота
Внешняя память 1
Процессор
Внутренняя память
Двигатели
Внешняя память 2
Датчик температуры
![](141861_html_5d6591c2.gif) ![](141861_html_18f98594.gif)
Индикаторы
Управление питанием
Пьезодинамик
Батарейки
Табл. 1. Комментарии к блок-схеме робота
Часть на схеме
|
Назначение
|
Процессор
|
Управление периферией устройства. Выполнение действий записанных во внешней памяти.
|
Внутренняя память процессора
|
Память, в которой записана программа процессора
|
Двигатели
|
Движение модели в различные стороны.
|
Индикаторы
|
Световая индикация 3 светодиодами различных цветов.
|
Пьезодинамик
|
Звуковая индикация
|
Внешняя память 1
|
Память для использования процессором в качестве конфигурационных регистров
|
Внешняя память 2
|
Память для команд, выполняемых программой процессора
|
Датчик температуры
|
Измерение температуры
|
Управление питанием
|
Стабилизация питания
|
Батарейки
|
Обеспечение автономной работы робота
| Принципиальная схема устройства
Табл. 2. Комментарии к принципиальной схеме
Обозначение
на схеме
|
Тип элемента
|
Описание
|
U1
|
PIC18F4550
|
Процессор
|
X1
|
Кварцевый резонатор 20 MHz
|
Задающий генератор
|
С1, С2
|
Конденсаторы
|
Стабилизационные конденсаторы для кварцевого резонатора
|
С3, R7
|
Конденсатор, резистор
|
Управление перезагрузкой (сбросом) процессора
|
В1, С4
|
Батарейка, конденсатор
|
Питание робота
|
U6
|
DS18B20
|
Цифровой датчик температуры
|
R6
|
Резистор
|
Резистор для подтягивания уровня сигнала до логической единицы
|
U4
|
24C64
|
Внешняя память 1
|
U5
|
24C256
|
Внешняя память 2
|
R4, R5
|
Резисторы
|
Резисторы для подтягивания уровня сигнала до логической единицы
|
D1, D2, D3
|
Светодиоды
|
Светодиоды различных цветов
|
R1, R2, R3
|
Резисторы
|
Ограничительные резисторы для светодиодов
|
U2, U3
|
BA6418N
|
Микросхемы для цифрового управления двигателями
|
M1, M2
|
Двигатели
|
Электрические двигатели
|
Описание используемых микросхем
Процессор
Процессор – микроконтроллер PIC18F4550 фирмы MicroChip [1,3]. Скорость выполнения одного цикла процессора 200 ns (для кварцевого резонатора 20 MHz). Память для программы 32768 байт (16384 команды). Оперативная память 2048 байт, и пользовательская EEPROM память 256 байт. 35 ножек цифрового ввода/вывода. 13 аналогово-цифровых входов. Схема и фотография микросхемы изображена ниже:
Используемый мною микроконтроллер PIC18F4550 изображен на самом верху фотографии, ниже – другие микроконтроллеры фирмы MicroChip.
Датчик температуры
Датчик температуры – микросхема DS18B20 фирмы Dallas Semiconductor [2]. Она представляет собой цифровой термометр с диапазоном измерения от –55C до +125С и точностью до 4 знаков после запятой (погрешность измерения 0.5С). Преобразование температуры занимает максимум 750 ms (для разрешающей способности 12 bit). Связь с микроконтроллером осуществляется с помощью протокола 1-Wire. Микросхема размещена в миниатюрном 3-х пинном корпусе TO-92.
![](141861_html_m5f74c608.jpg)
Внешняя память – микросхемы 24С64 и 24С256 фирмы Atmel. Они представляют собой устройства энергонезависимой памяти объемами 64 Kbit и 256 Kbit. Получение или запись одного байта занимает 5 ms. Связь памяти с микроконтроллером осуществляется по протоколу и технологии I2C, которая позволяет подключать к двум каналам ввода/вывода микроконтроллера неограниченное количество устройств.
Контроллеры двигателей
Контроллеры двигателей – микросхемы BA6418N для цифрового управления двигателями. Микросхемы имеют 2 входа и 2 выхода для одного мотора. Таблица управления изображена ниже:
Табл. 3. Управление двигателем
Цифровой вход 1
|
Цифровой вход 2
| Режим работы двигателя |
0
|
0
|
Бездействие
|
0
|
1
|
Движение вправо
|
1
|
0
|
Движение влево
|
1
|
1
|
Торможение двигателя
| Фотографии устройства Макетная плата
Платформа устройства и элементы питания
Литература -
MicroChip. PIC18F2455/2550/4455/4550 Data Sheet. 28/40/44-Pin, High Performance,Enhanced Flash, USB Microcontrollers with nanoWatt Technology.- http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/39632D.pdf. 430 с.
-
Dallas Semiconductor. DS18B20 Programmable Resolution. 1-Wire Digital Thermometer. -ftp://ftp.elin.ru/pdf/1-Wire/DS18B20.pdf. 20 с.
-
MicroChip. 24AA64/24LC64/24FC64/24C64. 64K I2C™ Serial EEPROM.- http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/21189L.pdf. 28 с.
Секция студентов
Бензиновая тепловая пушка
Дудкин Борис
1 курс, СФУ,
Дудкин Иван
10 класс, школа 106,
Станция Юных Техников, г. Железногорск
Введение.
Трудно представить нашу жизнь без энергетических установок [1]. Мы живем не в самой теплой стране, и поэтому различные системы отопления и получения энергии пользуются большим спросом. Среди подобных систем выделяется класс тепловых пушек, дающих большое количество тепла.
С овременные схемы контроля и управления позволяют сделать их автоматическими и придать им особые качества [2,3,4,5,6]. Это дает возможность использовать подобные устройства в качестве автономных источников тепла и энергии.
Нами спроектирована и изготовлена такая установка, похожая по схеме на упрощенную схему немецкой ракеты ФАУ. Бензонасос обеспечивает давление, форсунка впрыскивает бензин, и свеча его поджигает. Такой цикл может повторяться с регулируемой частотой. Частота, как и другие начальные параметры: промежуток между двумя циклами, задержка зажигания свечи и время работы свечи, передаются через COM-порт от компьютера и сохраняются на установке. Она может работать как в автономном режиме, так и под управлением компьютера.
Управление установкой производится кнопками ручного управления или по каналу RS232 от ПК.
Н ами были написаны программы управления от ПК, имитатор микроконтроллера (для отладки), программа для контроллера, подготовлены чертежи в 3d Studio и по ним изготовлена сама пушка. Для создания установки были использованы детали со списанных компьютеров и несколько автомобильных деталей (форсунка, коммутатор и свеча).
Такую пушку можно использовать не только для отопления. Например, магнитогазодинамический генератор. Он состоит из трех основных частей: импульсный генератор плазмы, сепаратор и преобразователь. Нашу установку можно отнести к первой части.
Б ыли успешно проведены испытания установки с разными частотами, и нам удалось получить импульсы пламени. Наша работа носит прикладной характер, т.к. в ходе нее была создана модель установки для практических исследований.
Литература.
1. Электромагнетизм. Основные законы /И.Е.Иродов.–5-е изд.– М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006 – 319 с.
2. Курс физики: Учебное пособие для вузов /Т.И.Трофимова – 7-е изд. стер. – М: Высшая школа, 2003. – 541 с.
3. Физика/Пер. с англ. под редакцией В. Г. Разумовского М.: Просвещение, 1994. – 576 с.
4. Курс физики: Учебник для вузов: В 2т. Т. 1/Под редакцией В. Н. Лозовского. – СПб.: Лань, 2000 – 576 с.
5. Курс физики: Учебник для вузов: В 2т. Т. 2/Под редакцией В. Н. Лозовского. – СПб.: Лань, 2000 – 592 с.
6. Элементарный учебник физики: Учебное пособие в 3-х Т. /Под редакцией Г. С. Лонцберга Т. 2 – М.: Шрайк, В.Роджер, 1995 – 480 с.
XXII конференция программистов. Сборник материалов
Ответственный за выпуск: Сташуль Т.В.
Утверждено к печати Институтом систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН
Подписано в печать _________. Формат 60х84 1/16 Уч. изд. л. 2,0. Тираж 50 экз.
Заказ № ___.
Отпечатано полиграфическим участком ИСЭМ СО РАН
664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова 130
Достарыңызбен бөлісу: |