ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8256| Title: | Інформаційно-телекомунікаційна система контролю дорожнього руху на платформі Arduino |
| Authors: | Гавриш, Олександр Степанович Кравченко, Богдан Юрійович |
| Keywords: | інформаційно-телекомунікаційна система дорожнього руху;arduino uno;скетч;бездротовий зв'язок |
| Issue Date: | 2021 |
| Abstract: | В даній роботі створена інформаційно-телекомунікаційна система дорожнього руху на сучасному мікроконтролері Arduino, яка модернізує регулювання пішохідних переходів на дорогах загального користування. Пішохід може заздалегідь вмикати зелене світло зі свого смартфону, а для людей які не мають свого смартфону, або не бажають користуватись цією системою передбачена кнопка ручного вмикання зеленого світла, яка вмикає той самий алгоритм, тільки безпосередньо біля світлофора. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8256 |
| Appears in Collections: | 172 Електронні комунікації та радіотехніка (Телекомунікації) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Б_172_ТК_Кравченко_Гавриш_2021.pdf Restricted Access | 1.25 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ І РОБОТОТЕХНІКИ
КАФЕДРА РАДІОТЕХНІКИ, ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ І РОБОТОТЕХНІЧНИХ
СИСТЕМ
Завідувач кафедри РТРС
д.т.н., професор __________ В.В. Палагін
"_____" червня 2021 року
Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи
освітнього ступеня «бакалавр»
на тему: «Інформаційно-телекомунікаційна система контролю дорожнього руху
на платформі Arduino»
Виконав студент 4 курсу, групи ТК-76
Спеціальність – 172 «Телекомунікації та радіотехніка»
Освітня програма – «Телекомунікації»
Кравченко Богдан Юрійович
Керівник роботи: Гавриш О.С.
Рецензент: Галушко Ю.М.
Черкаси 2021
Форма № Н-9.01
Черкаський державний технологічний університет
(назва вузу)
Факультет електронних технологій і робототехніки
Кафедра Радіотехніки, телекомунікаційних і робототехнічних систем
Освітній ступінь бакалавр
Спеціальність 172 - Телекомунікації та радіотехніка
Освітня програма Телекомунікації
ЗАТВЕРДЖУЮ
Завідувач кафедри РТРС
д.т.н., професор Палагін В.В.
« 08 » лютого 2021 р.
ЗАВДАННЯ
на дипломний проект (роботу) студенту
Кравченку Богдану Юрійовичу
(прізвище, ім'я, по батькові)
1. Тема проекту (роботи) Інформаційно-телекомунікаційна система контролю дорожнього
руху на платформі Arduino
керівник проекту (роботи) Гавриш Олександр Степанович, к.ф.-м.н., доцент
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
затверджена наказом по університету від « » лютого 2021 р. №
2. Строк подання студентом проекту (роботи) 25 травня 2021 р.
3. Вихідні дані до проекту (роботи) Режим роботи – автоматичний,
напруга живлення Uж = 5В.
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які потрібно розробити)______
Вступ. 1.Огляд і характеристика інформаційно-телекомунікаційної системи на платформі
Arduino. 2. Загальні поняття про апаратну частину платформи Arduino. 3. Синтез
інформаційно-телекомунікаційної системи на платформі Arduino. 4. Охорона праці.
Висновки. Список використаної літератури
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень)
1. Мета та задачі дослідження. 2. Схема структурна. 3. Вибір апаратних засобів для
створення ІТС контролю дорожнього руху. 4. Блок-схема роботи інформаційно-
телекомунікаційної системи контролю дорожнього руху. 5. Плакат з охорони праці.
6. Консультанти з проекту (роботи) із зазначенням розділів проекту, що їх стосуються
Підпис, дата
Розділ Прізвище, ініціали та посада завдання завдання
консультанта видав прийняв
Охорона праці Кожем’якін О.С., ст. викладач
кафедри безпеки життєдіяльності
7. Дата видачі завдання 08 лютого 2021 р.
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН
№ Назва етапів дипломного С т р о к виконання етапів П р имітка
з/п проекту (роботи) проекту (роботи)
1. Інформаційно-технічний пошук
та огляд літератури 08.02.2021
2. Обґрунтування технічного завдання 22.02.2021
3. Розробка структурної схеми пристрою 09.03.2021
4. Розробка принципової схеми 22.03.2021
5. Вибір апаратних та програмних засобів інформа-
ційно-телекомунікаційної системи дорожнього руху 12.04.2021
6. Розробка алгоритму та блок-схеми інформаційно-
телекомунікаційної системи дорожнього руху 20.04.2021
7. Розробка розділу з охорони праці 28.04.2021
8. Оформлення пояснювальної записки та плакатів 15.05.2021
Студент Кравченко Б.Ю.
(підпис) (прізвище та ініціали)
Керівник проекту (роботи) Гавриш О.С.
(підпис) (прізвище та ініціали)
ЗМІСТ
Вступ ................................................................................................................................. 6
1.ОГЛЯД І ХАРАКТЕРИСТИКА ІНФОРМАЦІЙНО-ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ
СИСТЕМ КОНТРОЛЮ ДОРОЖНЬОГО РУХУ .......................................................... 8
1.1 Призначення та структура інформаційно-телекомунікаційних систем
контролю дорожнього руху .......................................................................................... 8
1.2 Переваги та ефективність інтелектуальних транспортних систем .................. 14
2. ЗАГАЛЬНІ ПОНЯТТЯ ПРО АПАРАТНУ .............................................................. 18
ЧАСТИНУ ПЛАТФОРМИ ARDUINO ....................................................................... 18
2.1 Характеристика платформи Arduino ................................................................... 18
2.1.1 Апаратна частина. .......................................................................................... 19
2.1.2 Призначення Arduino. .................................................................................... 20
2.1.3 Функціональні можливості Arduino. ............................................................ 20
2.2 Різновиди плат Arduino, та їх функціональні можливості ................................ 21
2.2.1 Arduino Nano. .................................................................................................. 21
2.2.2 Arduino Uno. ................................................................................................... 22
2.2.3 Arduino Pro Mini ............................................................................................. 23
2.2.4 Arduino Mega 2560 ........................................................................................ 24
2.2.5 Arduino Leonardo ............................................................................................ 25
2.2.6 Arduino Micro. ............................................................................................... 25
2.2.7 Arduino Lilipad ................................................................................................ 26
2.2.8 Arduino Due ..................................................................................................... 27
2.2.9 Arduino Diecilima .......................................................................................... 28
2.2.10 Arduino Fio .................................................................................................... 28
2.2.11 Arduino Ethernet ............................................................................................ 29
2.3 Blynk як платформа для керування проектами на Arduino ............................... 31
2.4 Wi-Fi модуль ESP8266 .......................................................................................... 33
2.5 Середовище програмування Arduino IDE ........................................................... 34
3. СИНТЕЗ ІНФОРМАЦІЙНО-ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНОЇ СИСТЕМИ
ДОРОЖНЬОГО РУХУ НА ПЛАТФОРМІ ARDUINO .............................................. 36
3.1 Розробка структурної схеми системи дорожнього руху ................................... 36
3.2 Вибір апаратних та програмних засобів для створення інформаційно-
телекомунікаційної системи контролю дорожнього руху на платформі Arduino 38
3.2.1 Вибір апаратної обчислювальної платформи ............................................. 38
3.2.2 Вибір світлодіодів і номіналів резисторів для їх підключення ................. 41
3.2.3 Вибір платформи бездротового зв’язку ....................................................... 44
3.3 Розробка алгоритму та блок-схеми інформаційно-телекомунікаційної
системи дорожнього руху ........................................................................................... 50
3.4 Технічна та програмна реалізація макета інформаційно-телекомунікаційної
системи дорожнього руху ........................................................................................... 56
4. ОХОРОНА ПРАЦІ .................................................................................................... 57
4.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають в приміщені ....................... 57
експериментального відділу ....................................................................................... 57
4.2 Модернізація системи пожежної сигналізації відділу ...................................... 60
Висновки ........................................................................................................................ 69
Вступ
Актуальність роботи.
Сучасне місто стикається з багатьма проблемами дорожнього руху, і рано чи
пізно з’являється необхідність зміни режимів роботи звичних світлофорів,
необхідно зробити їх роботу «розумною». Розробка інформаційно-
телекомунікаційної системи контролю дорожнього руху відноситься до сучасних
можливих реалізацій віддаленого контролю, що надає більш широкі можливості
учасникам дорожнього руху.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами темами.
Тематика бакалаврської роботи зв’язана з напрямком науково-практичних
досліджень по проектуванні автоматизованих радіотехнічних і телекомунікаційних
пристроїв на платформі Arduino, що проводяться викладачами кафедри
радіотехніки, телекомунікаційних і робототехнічних систем Черкаського
державного технологічного університету.
Мета роботи полягає у розробці та створенні сучасних рішень системи
управління дорожнього руху через середовище мікроконтролерів сімейства
Arduino на прикладі плати ESP8266, що дає можливість безпровідної передачі
інформації у реальному часі із подальшою взаємодією людини (через смартфон) та
світлофорів.
Розроблено діючий макет проектованого пристрою. Особливість
проектованої системи полягає у використанні Wі-Fi модуля, який отримуватиме
команди керування світлофором від пішохода. Подібний підхід до регулювання
дорожнього руху вже давно втілений в багатьох країнах, де світлофори
автомобільного руху працюють в звичному режимі, а керування пішохідним
світлофором здійснює сам пішохід шляхом натискання кнопки. В даному випадку
пропонується продублювати можливості механічної кнопки наявним у пішохода
телефоном, за допомогою якого можна приєднається до світлофора через мережу
Wi-Fi і самостійно «за вимогою» ввімкнути зелене світло на пішохідному переході.
Практична значимість даної роботи полягає в тому, що його можна
використовувати в навчальних та профорієнтаційних цілях, демонструючи всі
можливості платформи Arduino та створення на ній автоматизованих систем, так і
практичного використання в автоматичному «розумному» контролі дорожнього
руху, з подальшим його апгрейдом.
1.ОГЛЯД І ХАРАКТЕРИСТИКА ІНФОРМАЦІЙНО-
ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ КОНТРОЛЮ ДОРОЖНЬОГО РУХУ
1.1 Призначення та структура інформаційно-телекомунікаційних
систем контролю дорожнього руху
Інформаційно-телекомунікаційні системи контролю дорожнього руху -
інформаційні, комунікаційні системи і системи автоматизації в сукупності з
транспортною інфраструктурою, транспортними засобами і користувачами, що
забезпечує ефективність перевізного процесу, підвищення його безпеки, яка
використовує інноваційні розробки в моделюванні транспортних систем і
регулювання транспортних потоків, що надає кінцевим споживачам більшу
інформативність, а також якісно підвищує рівень взаємодії учасників руху в
порівнянні зі звичайними транспортними системами.
Інформаційно-телекомунікаційні системи контролю дорожнього руху є
місцем зіткнення автотранспортної індустрії та індустрії інформаційних технологій
і базуються на двох «китах»: моделюванні транспортних систем і регулювання
транспортних потоків.
Інформаційно-телекомунікаційна система контролю дорожнього руху є
основною частиною інтелектуальної логістики. Інформаційно-телекомунікаційні
системи контролю дорожнього руху - це така інтелектуальна система, яка
використовує інноваційні розробки в моделюванні транспортних систем і
регулювання транспортних потоків, що надає кінцевим споживачам в комплексі
повну інформативність і безпеку, а також якісно підвищує рівень взаємодії
учасників руху.
Зі збільшенням кількості транспортних засобів в мегаполісах гостро постає
проблема середньої швидкості руху і завантаженості доріг. Багато міст світу не
перший рік стоять у пробках, але лише деякі з них змогли розв'язати цей
транспортний вузол. Не завжди є можливість побудувати нову дорогу або
розширити існуючу магістраль, тому вирішувати проблему завантажених доріг
необхідно за допомогою сучасних технологій. Інтелектуальні транспортні системи
покликані допомогти в цьому питанні за рахунок ефективного управління
світлофорними об'єктами, засобами регулювання і моніторингу дорожнього
трафіку, системами інформування учасників руху про ситуацію на дорогах і т.д.
Інформаційно-телекомунікаційна система контролю дорожнього руху - це
невід'ємна частина «розумного» міста, яка включає в себе системи управління
паркувальним простором, освітленням, моніторингом рівня різних типів
забруднення навколишнього середовища (вихлопні гази, сміття, шум і т.д.),
контролю за дотриманням правил дорожнього руху і фіксації порушень, численні
IoT-рішення та багато іншого. Також передбачена інтеграція з міським
громадським транспортом.
В Сінгапурі є налаштований проект «Розумне місто», де більше 1500 точок
інтелектуального відеоспостереження контролюють, в тому числі, ситуацію на
дорогах. У цьому проекті задіяно 1450 серверів для хмарного аналізу даних, робота
яких побудована на єдиної керуючої платформі. Сінгапур - це один з найбільш
показових прикладів у світі з точки зору розвитку інформаційно-
телекомунікаційної системи контролю дорожнього руху, ефективного
використання відеосистем для керування транспортними потоками і забезпечення
безперебійного руху наземного пасажирського транспорту.
Якщо говорити про тренди, то я б відзначив високу зацікавленість
користувачів ІТС в отриманні додаткової інформації про дорожній трафік.
Наприклад, раніше контроль дорожнього руху будувався на даних з датчиків
щільності потоку, які оцінювали тільки загальну завантаженість конкретної
ділянки. Зараз, завдяки розвитку технологій на базі алгоритмів глибокого навчання,
системи відеоспостереження можуть аналізувати тип транспортного засобу
(легковий автомобіль, вантажний транспорт, автобус і т.д.), марку, колір,
траєкторію руху і т.д. Штучний інтелект перетворює стандартну систему
відеомоніторингу в систему раннього попередження оператора та учасників руху
про проблеми на дорогах, запобігання можливим інцидентам і заторів.
Сучасна - це складний механізм, який контролює всі міські підсистеми,
пов'язані з рухом, в цілодобовому режимі. В її завдання входить управління
дорожнім рухом, збір / зберігання / передача даних в єдиний центр моніторингу,
інформування учасників руху про поточну транспортної ситуації, фіксація
порушень, забезпечення безпеки дорожнього руху, розподіл пріоритетів руху для
транспортних засобів екстрених служб і наземного пасажирського транспорту.
Ще одним важливим завданням ІТС є прогнозування розвитку складної
дорожньої ситуації, передбачення на основі аналізу великих даних завантажених
ділянок. Сюди ж входить виявлення та аналіз різних типів порушень на дорогах:
проїзд на червоне світло, рух по зустрічній смузі, зміна смуги руху з порушенням
ПДР, порушення правил паркування, перевищення швидкості, непристебнуті
ремені безпеки та інші порушення.
З усіх цифрових технологій в ІТС знайшли своє застосування: системи
відеоаналітики і системи розпізнавання осіб, побудовані на нейронних мережах;
безпілотні літальні апарати; бездротові технології передачі інформації; рішення по
обробці великих даних (Big Data) і машинного навчання; системи інтернету-речей;
геоінформаційні системи; BIM-технології; штучний інтелект; системи цифрового
відеоспостереження ультрависокої дозволу.
Говорити про широке застосування зазначених технологій ще рано, але вони
стрімко набирають популярність, так як дозволяють вирішувати завдання, що
здавалися надто дорогими і складними ще кілька років тому.
Перерахую деякі з вхідних в структуру ІТС систем. Системи реєстрації подій
і порушень, які мають такі функції: зупинка транспорту в недозволеному місці;
виїзд на зустрічну смугу; перевищення швидкості; рух в неправильному напрямку;
аварія; пішохід в недозволеному місці; задимлення, пожежа в тунелях і під
мостами; впав великогабаритний вантаж і інші. Дані рішення значно підвищують
ефективність роботи і допомагають міським службам організації транспорту і
поліції своєчасно виявляти події, швидко і адекватно реагувати на них.
Системи моніторингу та класифікації транспортних засобів з можливістю
аналізу завантаженості і сезонних змін руху на дорогах. Дані системи можуть
надавати таку інформацію: підрахунок проїхали транспортних засобів;
класифікація проїхали транспортних засобів (тут є можливість визначати габарити
транспортних засобів, класифікувати їх як легкові, вантажні, з причепом,
мотоцикли, а в разі потреби визначати такі характерні ознаки, як марка, модель,
колір і т.д.); середня швидкість потоку; відстань між транспортними засобами. Дані
системи активно використовуються містом для запобігання пробок, заторів, дають
інформацію для оптимізації роботи перехресть, світлофорів, шлагбаумів, що, в
свою чергу, веде до зменшення викидів СО2 та інших забруднень повітря, а так
само скорочує час пересування.
Системи реєстрації контролю за правопорушеннями. До них, наприклад,
відноситься система виявлення неправильної парковки, яка дозволяє визначити
неправильно припаркований транспортний засіб з подальшим розпізнаванням
номера і автоматичної випискою штрафу. Так само існують системи розпізнавання
номера з наступною інтеграцією в систему контролю доступу, наприклад, для
відкриття або закриття шлагбаумів як на платних дорогах, парковках так і на в'їздах
в торгові центри [7].
Основні функції системи:
• координоване управління світлофорної сигналізацією за параметрами
транспортних потоків (при наявності детекторів транспорту) або за часом доби;
• диспетчерське управління перехрестями або групою перехресть ( «зелена
вулиця») з дисплейного пульта оперативного управління;
• формування статистики по роботі технічних засобів;
• формування статистики по параметрам транспортних потоків і видача
рекомендацій зі зміни режимів управління.
Розглянемо особливості інтелектуальних транспортних систем, що
визначають основні принципи їх побудови.
Сучасна інтелектуальна транспортна система створюється як загальноміська
система, зоною дії якої є дорожньо-транспортна мережа міста. У цьому знаходить
вираз єдиний системний підхід до управління рухом транспортних потоків, значно
зростає взаємозалежність умов руху різних районів дорожньо-транспортної мережі
між собою. Мережа та потоки в ній стають єдиним організмом, що вимагає єдиного
системного управління .
Загальноміський характер інтелектуальної транспортної системи має своїм
наслідком підвищення ступеня централізації управління. Це призводить, якщо
враховувати значні розміри території сучасних великих міст, до наявності в складі
системи великого числа пунктів управління і контролю за рухом, обладнаних
апаратурою автоматики і віддалених на десятки кілометрів від керуючого центру.
Структурно інтелектуально транспортна система являє собою сукупність
упорядкованих прийомів управління і взаємопов'язаних елементів, що реалізують
ці прийоми. Основними компонентами, складовими ефективно діючої
інтелектуально транспортної системи, є:
• комплекс технічних засобів;
• програмне (математичне) забезпечення;
• організаційне забезпечення.
Комплекс технічних засобів - детектори транспорту, пристрої передачі різних
видів інформації, що утворюють керуючий обчислювальний комплекс системи,
місцеві виконавчі пристрої (дорожні контролери управління світлофорної
сигналізацією, знаками і покажчиками), засоби диспетчерського контролю та
управління рухом.
Програмне забезпечення (ПО) системи складається з зовнішнього і
внутрішнього. У ІТС зовнішнє ПО утворює набір програм (їх часто називають
технологічними програмами), що реалізують конкретні алгоритми керування
транспортними потоками. Внутрішнє ПО - невід'ємна частина коштів
обчислювальної техніки системи, яку поставляють виробником разом з цими
засобами. ПО включає в себе програми (їх називають службовими), що
забезпечують взаємодію різних частин керуючого обчислювального комплексу
системи між собою, введення і реалізацію алгоритмів управління об'єктом,
висновок результатів виконання технологічних програм. Крім того, до складу
внутрішнього ПО входять програми контролю і діагностики обчислювального
комплексу, а також допоміжні програми для його тестування і налагодження.
Організаційне забезпечення - штат фахівців, які здійснюють функції
управління рухом, а також експлуатацію і обслуговування технічних засобів,
підготовку і коригування програм, що складають
ПО системи. Таким чином, поряд з технічними і математичними засобами
людина є невід'ємним елементом ІТС.
У процесі створення інтелектуальної транспортної системи не можна
допускати недооцінки будь-якого з цих трьох перерахованих компонентів. На жаль,
на практиці часто має місце недооцінка математичного забезпечення і підготовки
персоналу, що призводить до затягування термінів введення систем в експлуатацію
і їх невисоку ефективність [8].
1.2 Переваги та ефективність інтелектуальних транспортних систем
Вже будуються, а також знаходяться в процесі розробки транспортні
системи, мають цілу низку переваг, завдяки яким про можливість впровадження
технології замислюються представники уряду і бізнесу в містах по всьому світу.
Наприклад, розробляється українська інтелектуальна транспортна система (УІТС),
спрямована одночасно на:
• зниження небезпеки дорожнього руху, зменшення числа ДТП і смертності на
дорогах;
• забезпечення безперешкодного пересування спецслужб і спецтранспорту на
виклики;
• оперативне і точне доведення інформації до спецслужб про ситуацію на
дорогах;
• інформування водіїв про порушення ПДР;
• фіксацію будь-яких фактів порушення водієм правил дорожнього руху;
• підвищення уваги водія під час руху і недопущення засипання за кермом;
• створення необхідних умов для скорочення часу, який доводиться витрачати
пасажирам, щоб дістатися на роботу чи в будь-яке інше місце в місті;
• забезпечення можливості вибору оптимального за зручністю і швидкості
маршруту;
• оптимізацію руху з урахуванням ситуації на дорогах і т.д.
При цьому в більш глобальному плані впровадження технологій ІІ в
транспорті має дві основні переваги: зручність для пасажирів і інтеграція з
дорожньо-транспортними службами.
В Україні планується створення інтелектуальних транспортних систем таким
чином, щоб вони дозволили зробити життя населення більш комфортною і простий.
Завдяки розумним рішенням, водій або пасажир громадського транспорту буде
проінформований про реальний стан справ на дорозі, а головне - зможе добиратися
з пункту «А» в пункт «Б» максимально швидко і безпечно. Крім того, значно
полегшиться пошук паркувальних місць, адже інформація про завантаженість
парковок буде легко доступна будь-якому автомобілісту.
Впровадження інтелектуальних транспортних систем передбачає їх
інтеграцію з дорожньо-транспортними службами. У разі виникнення будь-якої
небезпечної або аварійної ситуації програмне забезпечення зможе швидко
провести всі уповноважені спецслужби до потрібного місця, щоб вони могли
надати допомогу населенню, наприклад, в разі ДТП.
ДТП відбуваються з різних причин. ІТС дають можливість істотно знизити
вплив всіх факторів, що збільшують шанс потрапляння автомобіля в аварію.
Технології інтелектуальних транспортних систем дозволяють:
• відслідковувати стиль водіння і фіксувати небезпечні тенденції;
• виявляти несправності автомобіля;
• попереджати про небезпечні ділянки дороги;
• фіксувати і оперативно реагувати на факти порушення ПДР [10].
Координоване управління (як лінійне, так і мережеве) за своїм цільовим
принципом забезпечує найбільш ефективні режими організації дорожнього руху.
Керуючі протидії таким спробам призначені для встановлення контрольованих
розподілів транспортних потоків.
Оптимізація тривалості циклів, фаз, проміжних тактів і зрушень дозволяють
фаз світлофорної сигналізації, впорядкування магістралей по завантаженню,
врахування структури і пропускної здатності дорожньої мережі проводиться як на
базі статистичних даних про об'єкт управління, так і з використанням інформації
про характеристики, одержуваних безпосередньо в процесі функціонування
інтелектуальних транспортних систем.
Це дозволяє сформувати транспортний потік (ТП) у вигляді певної кількості
груп автомобілів, близьких за швидкістю та обсягом.
Координація зрівнює для різних видів транспортних засобів і одночасно
підвищує середню швидкість ТП (при односторонньому русі в два рази) за рахунок
зменшення кількості зупинок і часу затримок (гальмування, розгони).
Скорочується загальна час поїздки.
Рух стає більш рівномірним (так як відпадає необхідність в зайвих
перестроюваннях і обгонах), знижується рівень психофізичного напруги
(підвищеної уваги) як водіїв, так і пішоходів.
Такий стан руху сприяє зменшенню ймовірності виникнення аварійних
ситуацій. Теоретичні висновки про позитивний вплив інтелектуальних
транспортних систем на підвідомчій території на безпеку руху отримали практичне
підтвердження навіть в умовах щорічного приросту в містах автомототранспорту.
Одночасно знижується рівень шуму і забруднення атмосферного повітря
(найменший викид СО - при швидкості 50 ... 70 км / год), оскільки маса і
концентрація викиду шкідливих речовин вихлопних газів автомобілів залежать від
режимів руху.
У загальному випадку ефективність інтелектуальних транспортних систем
має соціальну і економічну складові. До соціального ефекту слід віднести
властивості системи формувати керуючі впливи, відповідні нетиповим (але
обов'язковим) подій, які здійснюються в оперативних цілях, в інтересах
встановленого пріоритету, а також сприяють забезпеченню безпеки користувачів
дороги при будь-яких умовах руху. Економічний ефект визначається рядом
показників, що характеризують головним чином рівень використання пропускної
здатності існуючої дорожньої мережі автотранспортом (час повідомлення, середня
швидкість пасажирських і вантажних перевезень, витрата палива, знос дорожніх
покриттів і вузлів автомобілів).
Науковими установами МВС СРСР з 1974 по 1995 рр. періодично
проводилися дослідження якості функціонування вітчизняних інтелектуальних
транспортних систем із залученням фахівців зацікавлених організацій інших
міністерств і відомств (за окремими напрямами).
Отримані результати, що відображають вплив керуючих впливів системи на
транспортні потоки, за основними показниками ідентичні даними, опублікованими
в зарубіжних джерелах. Так, системи приблизно одного класу і рівня складності
(що мають порівняно близькі функціональні можливості і обсяги) дають стабільно
близькі значення змін параметрів дорожнього руху.
Кількісні значення показників ефективності системи визначаються кількістю
об'єктів управління, типом системи, якістю її обслуговування і в деякій мірі
некоректністю методик вимірювання або розрахунку окремих параметрів. У той же
час для наочного уявлення про можливості координованого управління розглянемо
середні значення основних показників, отримані в результаті досліджень
ефективності функціонування інтелектуальних транспортних систем (по семи
містах країни):
- збільшення середньої швидкості поїздки - 22 .. .23%;
- скорочення часу затримок - 20 .. .45%;
- скорочення часу повідомлень - 14 ... 27%;
- скорочення кількості зупинок - 32 .. .66%;
- скорочення кількості ДТП - 10 .. .25%;
- скорочення площі зони підвищеного зносу дорожнього покриття - 13 ... 25%;
- зниження витрат на бензин - 11 ... 16%;
- зниження викидів окису вуглецю (СО) - 17 .. .24%.
Перевірки, проведені через кожні 6 місяців експлуатації на системах
управління дорожнім рухом, впроваджених починаючи з 2000, підтверджують
раніше отримані показники їх ефективності [9].
2. ЗАГАЛЬНІ ПОНЯТТЯ ПРО АПАРАТНУ
ЧАСТИНУ ПЛАТФОРМИ ARDUINO
2.1 Характеристика платформи Arduino
Формально Arduino це - торгова марка, під якою випускаються офіційні
плати і софт. Назва Ардуіно йде від однойменної назви рюмочної в Італії, де творці
платформи проводили багато свого часу. Пропонована Arduino платформа включає
в себе залізо (самі плати) і софт (середовище розробки).
Сімейство Ардуіно - декілька моделей так званих налагоджувальних плат.
Налагоджувальна плата являє собою як не дивно печатну плату, в серці якої стоїть
мікроконтролер – те, що ми будемо програмувати. Мікроконтролер це мікросхема,
яка містить в собі мікропроцесор, інтерфейси введення-виведення, пам'ять
(оперативну та постійну), таймери та інше. Так, мікропроцесор - це інше,
мікропроцесор по суті може тільки виконувати обчислення (як процесор в
комп'ютері), а мікроконтролер - це практично повноцінний комп'ютер, розміщений
в одному кристалі мікросхеми. У більшості плат Arduino використовуються
мікроконтролери серії ATmega від виробника AVR.
Потрібно запам’ятати відразу важливий момент- Ардуіно - НЕ
мікроконтролер, не процесор, Ардуіно - платформа (і торгова марка звичайно ж).
Плата Ардуіно - це нагаджувальна плата з мікроконтролером на борту.
Arduino - це комбінація апаратної і програмної частин для простої розробки
електроніки. Апаратна частина включає в себе велику кількість видів плат Arduino
з вбудованими програмованими мікроконтролерами, а так само додаткові модулі.
Програмна частина складається з середовища розробки (програми для написання
скетчів і прошивки мікроконтролерів Ардуіно), спрощеного мови програмування,
величезної кількості готових функцій і бібліотек.
Ардуіно створювалося викладачами для більшого залучення студентів в
електротехніку. Ідея мала величезний успіх і Arduino пішло набагато далі. Завдяки
відкритій архітектурі виробляти дані мікроконтролери, доповнювати модельний
ряд, писати програми може хто завгодно. Всі схеми і вихідний код програм є у
відкритому доступі.
Після того, як Arduino отримало більш широке поширення, багато виробників
електроніки почали випускати власні плати на базі мікроконтролерів Ардуіно.
Коли до виробництва підключилися китайські виробники, Ардуіно стало набагато
доступніше і отримало ще більшу аудиторію.
2.1.1 Апаратна частина.
Крім мікроконтролера на відладочної платі варто обв'язування, необхідна для
його роботи: це кварцовий генератор, що задає частоту роботи процесора, і
"розсипуху" - конденсатори і резистори, що виконують фільтруючі і підтягують
функції.
Рисунок 2.1 - Arduino в домашніх умовах: кварц, конденсатори та інше
Щоб зібрати пристрій на мікроконтролері потрібно підключити до виходів
мікроконтролера необхідні пристрої (далі - "залізо"), завантажити на
мікроконтролер прошивку, яка буде керувати цим залізом, і забезпечити все це
стабільним живленням. Мета розробників Ардуіно була поєднати вищевказане з
простотою і зручністю роботи і модульність, тим самим перетворивши розробку
електронних пристроїв в потужний універсальний конструктор. Ця мета була
досягнута так: на платі, разом з мікроконтролером, розмістили "програматор" для
завантаження прошивки, usb порт і стабілізатор живлення, що дозволяє живити
плату від широкого діапазону постійних напруг: 5-19 вольт. Мікроконтролеру
потрібно 5 вольт, що стабілізатор йому і забезпечує.
2.1.2 Призначення Arduino.
Ардуіно створювалося для навчання студентів і школярів електротехніці,
програмуванню, радіоелектроніці, системам автоматизації. За допомогою
мікроконтролерів можна робити не тільки навчальні проекти, а й дійсно корисні
пристрої. На Arduino створюються проекти автоматизації, пристрої розумного
будинку, портативні метеостанції, роботизовані маніпулятори і безліч інших
корисних пристроїв.
Початкова мета Ардуіно - це навчання. Дітям набагато цікавіше вчитися,
якщо вони можуть відразу застосовувати нові знання на практиці, та ще й побачити
і помацати плоди своєї праці. Набагато цікавіше навчатися експериментуючи, а не
слухаючи суху теорію.
2.1.3 Функціональні можливості Arduino.
З технічної точки зору, Ардуіно вміє приймати і відправляти сигнали
відповідно до інструкцій в прошивці. Звучить досить скромно, але на практиці це
дозволяє отримувати і обробляти інформацію з сенсорів і передавати команди
виконавчим механізмам або інших пристроїв. Наприклад: мікроконтролер може
отримувати дані з датчиків температури, тиску, вологості і виводити зведену
інформацію на дисплей.
Цих можливостей вистачає для реалізації складних пристроїв, таких як
безпілотні літальні апарати, 3D-принтери, роботизовані маніпулятори,
радіокеровані машинки, човни, всюдиходи та т. Д. Можливості Ардуіно обмежені
тільки уявою. Якщо вам буде не вистачати можливостей Ардуіно, то існують більш
потужні мікроконтролери такі як Ардуіно Мега, NodeMCU, STM32, Wemos,
Raspberry Pi, Orange Pi.
2.2 Різновиди плат Arduino, та їх функціональні можливості
2.2.1 Arduino Nano.
Arduino nano - це одна з найпоширеніших плат сімейства Arduino. Існує
кілька версій плат nano. Є версія 2.X, а є версія 3.0. Відрізняються ці версії самим
мікро контролером. У молодшій версії цієї ардуінки використовується чіп
ATmega168. Цей чіп має меншим обсягом flash-пам'яті, незалежної пам'яті, а так
само зниженою тактовою частотою. Так як ціна різних версій Arduino nano
практично не відрізняється ми не будемо розглядати молодшу з них.
Arduino nano v 3.0
Ця версія оснащена мікро контролером ATmega328. На відміну від свого
молодшого побратима, він має вдвічі більші обсяги незалежній і flash пам'яті. І
може похвалитися тактовою частотою в 16 МГц.
Характеристики
• Мікроконтролер: ATmega328
• Граничне напруга живлення: 5-20 В
• Рекомендоване напруга живлення: 7-12 В
• Цифрових вводів / висновків: 14
• ШІМ: 6 цифрових пінів можуть бути використані як виходи ШІМ
• Аналогові виходи: 8
• Максимальна сила струму: 40 mAh з одного виводу і 500 mAh з усіх виходів.
• Flash пам'ять: 32 кб
• SRAM: 2 кб
• EEPROM: 1 кб
• Тактова частота: 16 МГц
Підключення живлення до Arduino nano
Цей мікроконтролер можна живити через порт mini-USB від комп'ютера,
Powerbank-a або від адаптера, підключеного в розетку. Також пін + 5V є не тільки
виходом, але і входом. Можна подавати струм на нього і все це буде працювати
тільки за умови, що напруга струму що подається строго дорівнює п’яти вольтам.
Ще можна подавати постійний струм з напругою від 6 до 20 вольт на пін VIN. Це
граничне значення! При подачі напруги 20 вольт на платі буде сильно грітися
стабілізатор напруги. Рекомендована напруга для живлення через пін VIN - від 7
до 12 вольт.
Рinout Arduino Nano v 3.0
Рисунок 2.2 - Pinout Arduino Nano v 3.0
Як вже було написано вище, плата має 14 цифрових пінів. На платі вони
позначені з провідною буквою «D» (digital або цифровий). Вони можуть бути як
входом так і виходом. Робоча напруга цих пiнів становить 5 В. Кожен з них має
підтягаючий резистор і подане на один з цих пінів напруги нижче 5 вольт все одно
буде вважатися як 5 вольт (логічна одиниця).
Аналогові піни на платі позначені «A». Ці піни є входами і не мають
підтягуючих резисторів. Вони вимірюють вхідну на них напруга і повертають
значення від 0 до 1024 при використанні функції analogRead (). Ці Піни вимірюють
напругу з точністю до 0,005 В.
2.2.2 Arduino Uno.
Контролер побудований на ATmega328. Платформа має 14 цифрових вхід /
виходів (6 з яких можуть використовуватися як виходи ШІМ), 6 аналогових входів,
кварцовий генератор 16 МГц, роз'єм USB, силовий роз'єм, роз'єм ICSP і кнопку
перезавантаження. Для роботи необхідно підключити платформу до комп'ютера за
допомогою кабелю USB, або подати живлення за допомогою адаптера AC / DC або
батареї.
Рисунок 2.3 – Arduino Uno
На відміну від попередніх плат компанії, які використовували FTDI USB
мікроконтролер для зв'язку з USB, нова Ардуіно Uno використовує мікроконтролер
ATmega8U2.
2.2.3 Arduino Pro Mini
Рисунок 2.4 – Arduino Pro Mini
Arduino Pro Mini побудована на мікроконтролері ATmega168. Платформа
містить 14 цифрових входів і виходів (6 з яких можуть використовуватися як
виходи ШІМ), 6 аналогових входів, резонатор, кнопку перезавантаження і отвори
для монтажу виводів. Блок з шести висновків може підключатися до кабелю FTDI
або плати-конвертера Sparkfun для забезпечення живлення та зв'язку через USB.
Arduino Pro Mini призначена для непостійній установки в об'єкти або
експонати. Платформа поставляється без встановлених висновків, що дозволяє
користувачам застосовувати власні висновки і роз'єми. Розташування висновків
сумісно з платформою Arduino Mini.
2.2.4 Arduino Mega 2560
Рисунок 2.5 – Arduino Mega
Arduino Mega побудована на мікроконтролері ATmega2560 Плата має 54
цифрових входів / виходів (14 з яких можуть використовуватися як виходи ШІМ),
16 аналогових входів, 4 послідовних порту UART, кварцовий генератор 16 МГц,
USB конектор, роз'єм живлення, роз'єм ICSP і кнопку перезавантаження. Для
роботи необхідно підключити платформу до комп'ютера за допомогою кабелю USB
або подати живлення за допомогою адаптера AC / DC, або акумуляторною
батареєю. Arduino Mega 2560 сумісна з усіма платами розширення, розробленими
для платформ Uno або Duemilanove.
2.2.5 Arduino Leonardo
Рисунок 2.6 – Arduino Leonardo
Arduino Leonardo - контролер на базі ATmega32u4. Платформа має 20
цифрових вхід / виходів (7 з яких можуть використовуватися як виходи ШІМ і 12
як аналогові входи), кварцовий генератор 16 МГц, роз'єм мікро-USB, силовий
роз'єм, роз'єм ICSP і кнопку перезавантаження. Для роботи необхідно підключити
платформу до комп'ютера за допомогою кабелю USB, або подати живлення за
допомогою адаптера AC / DC або батареї.
На відміну від всіх попередніх плат ATmega32u4 має вбудовану підтримку
для USB з'єднання, це дозволяє задати як Leonardo буде видно при підключення до
комп'ютера, це може бути клавіатура, миша, віртуальний сервер / COM порт.
2.2.6 Arduino Micro.
Мікроконтролер Arduino Micro - плата мікроконтролера на базі ATmega32u4,
розроблена спільно з Adafruit. Плата має 20 цифрових вхід / виходів (з них 7 можуть
використовуватися в якості виходів ШІМ і 12 - як аналогові входи), кварцовий
генератор частотою 16 МГц, гніздо мікро-USB, роз'єм ICSP і кнопку reset. На ній є
все, що необхідно для роботи з мікро контролером. Щоб запустити Arduino Micro,
просто підключіть його до комп'ютера за допомогою кабелю мікро-USB. Форм-
фактор контролера дозволяє легко розмістити його на макетної платі.
Рисунок 2.7 – Arduino Micro
Micro схожий з Arduino Leonardo тим, що ATmega32u4 має вбудовану
підтримку USB-з'єднання, завдяки чому не потрібний допоміжний процесор. Це
дозволяє Micro з'являтися на підключеному комп'ютері в якості миші або
клавіатури на додаток до віртуального (CDC) послідовного порту (COM).
2.2.7 Arduino Lilipad
Рисунок 2.8 – Arduino Lilipad
Платформа Arduino LilyPad розроблена з метою використання як частина
одягу. Вона може бути зашита в тканину з вбудованими джерелами живлення,
датчиками і приводами з проводкою. Платформа побудована на мікроконтролері
ATmega168V (малопотужна версія з ATmega168) або ATmega328V . Arduino
LilyPad була створена Leah Buechley і SparkFun Electronics.
2.2.8 Arduino Due
Рисунок 2.9 – Arduino Due
Arduino Due - плата мікроконтролера на базі процесора Atmel SAM3X8E
ARM Cortex-M3. Це перша плата Arduino на основі 32-бітного мікроконтролера з
ARM ядром. На ній є 54 цифрових вхід / виходу (з них 12 можна задіяти під виходи
ШІМ), 12 аналогових входів, 4 UARTа (апаратних послідовних порту), a генератор
тактової частоти 84 МГц, зв'язок по USB з підтримкою OTG, 2 ЦАП (цифро
аналогових перетворювача), 2 TWI, роз'єм живлення, роз'єм SPI, роз'єм JTAG,
кнопка скидання і кнопка стирання.
На відміну від інших плат Arduino, Arduino Due працює від 3,3 В.
Максимальна напруга, яке витримують вхід / виходи становить 3,3 В. Подавши
більш висока напруга, наприклад, 5 В, на виходи Arduino Due, можна пошкодити
плату.
Плата містить все, що необхідно для підтримки мікроконтролера. Щоб
почати роботу з нею, досить просто підключити її до комп'ютера кабелем мікро-
USB, або подати живлення з AC / DC перетворювача або батарейки. Due сумісний
з усіма платами розширення Arduino, що працюють від 3,3 В, і з цокольовкою
Arduino 1.0.
Розташування виходів Due повторює цокольовку Arduino 1.0
На Due встановлено 32-бітове ARM ядро, що перевершує по продуктивності
звичайні 8-бітові мікроконтролери. Найбільш значущі відмінності:
• 32-бітове ядро, що дозволяє виконувати операції з даними шириною 4 байта
за 1 такт (більш детальну інформацію дивись на сторінці int type).
• частота процесора (CPU) 84 МГц.
• 96 КБ ОЗУ.
• 512 КБ флеш-пам'яті для зберігання програм.
• контролер DMA, який розвантажує центральний процесор від виконання
інтенсивних операцій з пам'яттю.
2.2.9 Arduino Diecilima
Arduino Diecimila побудована на мікроконтролері ATmega168 (технічний
опис). Платформа містить 14 цифрових вхід / виходів (6 з яких можуть
використовуватися як виходи ШІМ), 6 аналогових входів, кварцовий генератор 16
МГц, роз'єм USB, силовий роз'єм, роз'єм ICSP і кнопку перезавантаження. Для
роботи необхідно підключити платформу до комп'ютера за допомогою кабелю USB
або подати живлення за допомогою адаптера AC / DC, або акумуляторної батареї.
Diecimila (в перекладі з італійської - 10000) була названа на честь випуску
10000-ой платформи Arduino.
2.2.10 Arduino Fio
Рисунок 2.10 – Arduino Fio
Arduino Fio, побудована на мікроконтролері ATmega328P, працює при
напрузі 3.3 В і тактовою частотою 8 МГц. Платформа містить 14 цифрових входів
і виходів (6 з яких можуть використовуватися як виходи ШІМ), 8 аналогових
входів, резонатор, кнопку перезавантаження і отвори для монтажу виводів. Fio
також містить схему зарядки через роз'єм USB і дозволяє підключити літій-
полімерну батарею. На лицьовій поверхні платформи встановлений роз'єм XBee.
Arduino Fio може застосовуватися в бездротових мережах. Завантаження
скетчів може проводитися через кабель FTDI або плату-конвертер Sparkfun.
Додатково є можливість завантажувати скетчі по бездротовому зв'язку при
використанні адаптера USB-to-XBee, наприклад, XBee Explorer USB. Платформа
поставляється без встановлених виходів, що дозволяє користувачам застосовувати
власні виходи і роз'єми.
Arduino Fio розроблена Shigeru Kobayashi і проводиться на SparkFun
Electronics.
2.2.11 Arduino Ethernet
Рисунок 2.11 – Arduino Ethernet
Arduino Ethernet - це плата мікроконтролера на базі ATmega328 . Вона має 14
цифрових вхідних / вихідних виходів, 6 аналогових входів, кварцовий генератор на
16 МГц, підключення RJ45, роз'єм живлення, роз'єм ICSP, і кнопку «Reset».
Виходи 10, 11, 12 і 13 зарезервовані для сполучення з модулем Ethernet і не
можуть використовуватися ніяк інакше. Таким чином, число доступних виходів
зменшується до 9, 4 з яких можуть використовуватися як виходи ШІМ.
Також на плату може бути доданий додатковий модуль живлення через
Ethernet (PoE).
Arduino Ethernet відрізняється від інших плат тим, що на ньому немає
вбудованої мікросхеми драйвера USB / serial, зате є інтерфейс Wiznet Ethernet. Це
той же інтерфейс, що знаходиться на Ethernet-плати розширення.
Вбудований кард-рідер microSD, який можна використовувати для
зберігання файлів і роботи з ними по мережі, доступний з використанням
бібліотеки SD Library. Вивід 10 зарезервований для інтерфейсу Wiznet, SS для SD-
карти виведений на 4 ніжку.
6-контактний послідовний роз'єм програмування сумісний з USB / Serial -
Адаптер а також з FTDI USB-кабелями або основними перехідними платами USB /
Serial FTDI-типу Sparkfun і Adafruit. Його відрізняє підтримка автоматичного
скидання, що дозволяє завантажувати скетчі, не натискаючи кнопку Reset на платі.
При підключенні до USB / Serial -Адаптер Arduino Ethernet живиться від адаптера.
2.3 Blynk як платформа для керування проектами на Arduino
В проекті буде використовуватися програма Blynk для керування своєю
інформаційно-телекомунікаційною системою, тому пропонується розглянути сам
додаток Blynk, та принцип його роботи.
Blynk - це платформа з додатками для iOS і Android для управління Arduino,
Raspberry Pi ESP8266 і іншими через Інтернет. Це цифрова панель, де ви можете
створити графічний інтерфейс для свого проекту, просто перетягуючи віджети.
Створюйте класні інтерфейси для своїх проектів додаючи різні віджети, такі
як: кнопки: повзунки, графіки, термінал і багато багато інших.
Все настільки просто, що ви зможете почати перевіряти ваші ідеї за 5 хвилин,
без складної настройки і читання тони документації.
Blynk підходить для будь-яких проектів: миготіння LED-ами, відображення
температури за власною метеостанції, управління іграшками і роботами і навіть
домашньої автоматизації.
Погляньте на список апаратури, що підтримується:
• Arduino: Uno, Nano, Mini, Pro Mini, Pro Micro, Mega, YÚN (Bridge), Due ...
• Raspberry Pi
• Particle (ex Spark Core)
• ESP8266
• TinyDuino (CC3000)
• Wicked WildFire (CC3000)
Плати розширення і способи з'єднання:
• USB, підключений до ноутбука або ПК
• Ethernet shield (W5100)
• Adafruit CC3000 WiFi
• Official Arduino WiFi shield
• ENC28J60
• RN-XV WiFly
І цей список постійно доповнюється. Ви також можете модифікувати бібліотеку, її
код у відкритому доступі (Open Source).У бібліотеці багато прикладів, які
допоможуть почати будувати Ваш Інтернет Речей (IoT), без різниці професіонал ви
або любитель.
Ви можете використовувати безкоштовний Blynk Cloud, або запустити
власний сервер Blynk в хвилину і отримати повний контроль над своїми даними.
Сервер можна запустити навіть на Raspberry Pi!
2.4 Wi-Fi модуль ESP8266
Рисунок 2.12 - Wi-Fi модуль ESP8266 версія ESP-12F
Даний модуль використовується у моєму проекті для підключення системи
до мережі інтернет та з’єднання з мобільним клієнтом і подальшим керуванням з
телефону.
Модуль виконаний у форматі ESP-12F і є просунутою версією модуля
ESP8266-12 з узгодженим вихідним каскадом і антеною. Особливістю модуля є
більш економічна робота в активному режимі і ультра низьким споживання в
сплячому і режимі. На модулі виведені призначені для користувача виходи GPIO,
що ще більше розширює можливості побудови на даному модулі систем "розумний
будинок" і "розумних речей".
Даний модуль має антену виконану на печатній платі і підписані виводи, що
полегшує його використання. На відміну від молодших моделей є більшу кількість
портів GPIO, а також режим сну з низьким споживанням живлення.
2.5 Середовище програмування Arduino IDE
Ардуіно програмується на мові програмування C / C ++ з відповідним йому
синтаксисом. Вбудований складальник, препроцесор і компілятор (avr-gcc або Win-
AVR) прощають велику кількість помилок і робить багато за користувача
автоматично, ми навіть про це не знаємо і не замислюємося. Базові функції для
управління висновками і інтерфейсами мікроконтролера, математика і деякі інші
функції / макроси взяті з відкритого фреймворка для роботи з мікроконтролерами
під назвою Wiring. Саме з нього складається базовий набір інструментів Ардуіно.
Рисунок 2.13 – Середовище програмування Arduino IDE
У зв'язку з цим самі розробники Ардуіно називають мову "спрощеним С ++",
і навіть дали йому окрему назву - Arduino Wiring.
Тут слід відокремити те що: "з коробки" в Arduino IDE нам доступна
величезна купа різних функцій і інструментів:
Всі можливості мови C ++, які надає компілятор: типи даних, оператори і
взагалі весь неосяжний синтаксис. Ми програмуємо на тому ж C ++, на якому
можна програмувати в будь-якому іншому місці.
"Ядро" Ардуіно - бібліотека Arduino.h, яка автоматично підключається в код.
У ній містяться функції для управління пінами, інтерфейсами, а також є набір
всяких корисних функцій і інструментів. А ще воно відповідає за ініціалізацію і
настройку периферії мікроконтролера при запуску. В ядрі до речі лежать
стандартні бібліотеки для Serial, Wire, SPI і EEPROM.
В папці з програмою лежить набір стандартних бібліотек: для LCD дисплея,
шагового двигуна, сервоприводу.
З компілятором йде набір низькорівневих бібліотек для AVR (сон, progmem,
watchdog і багато інших).
Компілятор дозволяє працювати з мікро контролером безпосередньо за
допомогою регістрів і читання даташіта.
Також ми можемо писати на асемблері, взявши під контроль кожен такт
роботи МК. Компілятор в Arduino IDE налаштований на максимальну всеїдність і
прощення помилок, тому що це навчальна платформа.
Життя рядового ардуінщіка нерозривно пов'язана з бібліотеками, тому що
величезна ком'юніті за роки свого існування зробило величезну кількість цих самих
бібліотек на всі випадки життя і для всіх продаються датчиків і модулів. Бібліотека
це набір файлів, в яких міститься додатковий код, яким ми можемо користуватися
просто ознайомившись з документацією або подивившись приклади. Такий підхід
називається "чорним ящиком", ми можемо навіть не здогадуватися, який жах і
кошмар (в плані складності коду) міститься в бібліотеці, але з легкістю
користуватися можливостями, який цей код дає. Купили модуль - знайшли
бібліотеку - відкрили приклад - все, результат досягнутий.
3. СИНТЕЗ ІНФОРМАЦІЙНО-ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНОЇ СИСТЕМИ
ДОРОЖНЬОГО РУХУ НА ПЛАТФОРМІ ARDUINO
3.1 Розробка структурної схеми системи дорожнього руху
Згідно з вимогами технічного завдання система дорожнього руху представляє
собою світлофор автомобільного руху, та світлофор пішохідного переходу.
Користувач може взаємодіяти з світлофорами за допомогою свого мобільного
пристрою вмикаючи зелене світло на пішохідному переході, а також за допомогою
механічної кнопки, що знаходиться біля самого переходу.
Система дорожнього руху складається з двох світлофорів автомобільного
руху, та одного світлофора пішохідного руху, які в свою чергу складаються з
зеленого, жовтого, червоного та зеленого з червоним світлодіодів, плати Arduino
Nano, Wi-Fi модуля ESP8266 блока живлення на 5В і кнопки ручного вмикання.
Також кожен світлодіод потребує резистора певного номіналу.
Світлофор Світофор
автомобільного пішохідного
руху переходу
Система
управління
Кнопка ручного
Блок живлення ESP8266
керування
Рисунок 3.1 – Структурна схема інформаційно-телекомунікаційної системи
контролю дорожнього руху на платформі Arduino
Структурна схема системи контролю дорожнього руху, що проектується,
наведена на рис. 3.1. Розглянемо призначення і взаємодію компонентів, що
наведені на рис. 3.1.
Світлофор автомобільного руху призначений для регулювання руху
автомобілів.
Світлофор пішохідного переходу призначений для регулювання руху
пішоходів.
Як система управління виступає платформа Arduino Uno, що забезпечує
управління всіма компонентами системи.
Кнопка ручного керування дозволяє користувачеві вмикати зелене світло
світлофора без мобільного пристрою.
Модуль ESP8266 забезпечує Wi-Fi зв’язок на борту, тим самим дозволяє
з’єднувати світлофор з мобільним чи іншим пристроєм.
Блок живлення виступає джерелом електричної енергії для всіх вузлів
системи, перетворюючи мережеву напругу в постійну з потрібними значеннями.
3.2 Вибір апаратних та програмних засобів для створення
інформаційно-телекомунікаційної системи дорожнього руху на
платформі Arduino
На даний момент ринок перенасичений розмаїттям програмних і апаратних
компонентів. В основі нашого проекту лежить апаратна обчислювальна платформа.
Вибір компонентів залежить від наших потреб. Якщо почати з вибору
мікроконтролерів, то тут на ринку домінують два суперника: Arduino і Rasberry PI.
Тут вибір не такий складний, але є компоненти над вибором який треба серйозно
задуматись. Серед них:
- типи світлодіодів;
- типи і номінали резисторів;
- тип основної платформи;
- тип з’єднання з телефоном;
- тип мобільного клієнта.
3.2.1 Вибір апаратної обчислювальної платформи
Як я вже сказав, основною інтелектуальної системи дорожнього руху є
мікроконтролер. Для того, щоб система працювала коректно, без перебоїв, потрібна
потужна обчислювальна платформа, але сильний надлишок потужності буде
зайвим, тому що це буде економічно не доцільно.
Розберемося з доцільністю платформи Arduino на прикладі самої популярної
Arduino Uno.
Arduino UNO R3 виконаний на мікроконтролері ATmega328. У нього:
-14 цифрових портів входу-виходу (6 з них підтримують режим ШІМ
модуляції);
-6 аналогових входів;
-частота тактування 16 МГц;
-USB порт;
-роз'єм живлення;
-роз'єм внутрішньо схемного програмування;
-кнопка скидання.
Рисунок 3.2 – Arduino Uno
У плати є всі необхідні компоненти для забезпечення роботи
мікроконтролера. Досить підключити USB кабель до комп'ютера і подати
живлення. Мікроконтролер встановлений на колодці, що дозволяє легко замінити
його в разі виходу з ладу.
Тип мікроконтролера Atmega 328P
Напруга живлення мікроконтролера 5 В
Рекомендована напруга живлення 7-12 В
плати
Гранично допустима напруга 6-20 В
живлення плати
Цифрові входи-виходи 14
Виходи ШІМ модуляції 6
Аналогові входи 6
Допустимий струм цифрових виходів 20 мА
Допустимий струм виходу 3.3 В 50 мА
Об’єм Flash пам’яті 32 кБ
Об’єм оперативної пам’яті 2 кБ
Об’єм енергонезалежної пам’яті 1 кБ
Частота тактів 16 МГц
Контролер програмується з інтегрованого середовища програмного
забезпечення Ардуіно (IDE). Програмування відбувається під управлінням
резидентного завантажувача по протоколу STK500. Апаратний програматор при
цьому не потрібно.
Мікроконтролер можна запрограмувати через роз'єм для внутрішньо
схемного програматора ICSP, не використовуючи, завантажувач. Вихідний код
програми-завантажувача знаходиться у вільному доступі [11].
Дуже великою перевагою цієї плати є її модульність і потужність. Але для неї
потрібне окреме живлення, і вона велика в розмірах, що є не доцільно в нашому
проекті.
Саму платформу Arduino варто використовувати в проектах невеликої
складності, де не потрібно на місці змінювати програмне забезпечення, та вводити
велику кількість даних та інформації. Також ця платформа ідеальна для роботи зі
світлодіодами, світлодіодними матрицями, датчиками та іншою периферією.
А тепер розглянемо доцільність використання в даному проекті платформи
Rasberry PI. Подивимось на характеристики самої популярної моделі Rasberry PI 4.
Плата побудована на базі SoC Broadcom BCM2711, яка містить чотири 64-
розрядних ядра ARM Cortex-A72 з тактовою частотою 1.5 ГГц. На відміну від будь-
якої попередньої плати, Raspberry Pi 4 Model B доступна в трьох різних моделях,
кожна з яких пропонує різні варіанти пам'яті з 1 ГБ, 2 ГБ, 4 ГБ або 8 ГБ LPDDR4
SDRAM оперативної пам'яті.
Найбільш помітна відмінність від попередніх моделей полягає в тому, що на
новій платі відсутня мікросхема LAN7515, яка виконувала функції USB і Ethernet.
На його місці VLI VL805, яка забезпечує USB 3.0 Hub через шину PCI Express.
Використання шини PCI Express, що надається новим BCM2711, означає, що тепер
є не тільки можливість USB 3.0, але і Gigabit Ethernet, який тепер надається з
використанням Broadcom BCM54213PE окремо від USB. Бездротовий зв'язок
забезпечується тим же чіпом Cypress CYW43455, який ми бачили на Raspberry Pi 3
модель B +. Пропонується дводіапазонна бездротова мережа IEEE 802.11.b / g / n /
ac 2,4 ГГц і 5 ГГц, а також Bluetooth 5.0 і Bluetooth LE.
Ще однією великою відмінністю є роз'єм живлення, відсутній роз'єм micro-
USB, а на його місці роз'єм USB-C. Raspberry Pi 4 Model B може знадобитися до 3
А, що не могло забезпечити попередній джерело живлення через micro-USB. 4-а
модель може живитися і від джерела постійного струму 5 В через роз'єм GPIO і, як
і Raspberry Pi 3 Model B +, від Power over Ethernet (PoE) з використанням офіційної
PoE HAT, випущеної раніше поряд з попередньою моделлю.
Також змінено відео порти. Відсутня повнорозмірне гніздо HDMI, на його
місці два порти micro-HDMI, це означає, що новий Raspberry Pi 4 Model B має
підтримку двох моніторів - одного екрану в 4K зі швидкістю 60 кадрів в секунду
або двох екранів 4K зі швидкістю 30 кадрів в секунду. Поруч з двома портами
micro-HDMI є 4-полюсний стереовихід і композитний відеороз'єм.
Поряд з великими змінами деякі речі не змінилися. Зберігання і раніше
забезпечується картою Micro-SD з роз'ємом в звичному місці на нижньому боці
плати. Як і раніше підтримує роз'єм порту дисплея MIPI DSI і роз'єм камери MIPI
CSI, а також стандартний 40-контактний роз'єм GPIO. Однак є деякі зміни для 40-
контактного роз'єму, хоча він все ще сумісні. Роз'єм нового Raspberry Pi має
підтримку додаткових роз'ємів 4 × UART, 4 × SPI і 4 × I2C [12].
Згідно з інформацією вище, можна дійти висновку що платформа Rasberry Pi
підходить для завдань з використанням персонального комп’ютера. Ще ця
платформа потребує багато живлення, і при середніх навантаженнях активного
охолодження. Згідно з технічним завданням ця платформа нам не підходить.
Для нашого проекту ідеально підходить платформа Arduino. Їх існує велике
різноманіття, але основні вказані і описані в розділі 2. Порівнюючи всі можливості
плат і потреби технічого завдання зупинимось на платформі Arduino Uno. Це
ідеальна середина між живленням, розмірами, і великим потенціалом.
3.2.2 Вибір світлодіодів і номіналів резисторів для їх підключення
Проектуючи світлофор на Arduino треба розуміти що велику потужність вона
не видасть, і максимальна напруга там лише 5 В, тому будемо відштовхуватись від
цих даних.
Світлодіодне освітлення є на сьогоднішній день найбільш ефективним, і в
цьому контексті зовсім не дивно, що рік за роком світлодіоди зазнають певної
еволюції. Їх потужність стає все більше, корпуси оптимізуються під ті чи інші цілі,
не кажучи вже про колір випромінюваного світла.
Колір може бути практично будь-яким, досить виробнику підібрати
відповідний склад напівпровідника і легуючих домішок, щоб ширина забороненої
зони для рекомбінування електронів і дірок дала б необхідний колір.
Тим часом, всі сучасні світлодіоди можна в деякій мірі класифікувати за
видами, тобто по найбільш виразним відмітних ознак, ніж ми і займемося -
розглянемо кілька видів найбільш поширених світлодіодів, починаючи з
індикаторних, закінчуючи освітлювальними. До речі, відразу можна відзначити, що
еволюцію свою світлодіод почав за великим рахунком з індикаторного пращура.
Індикаторні світлодіоди для вивідного монтажу
Індикаторні світлодіоди вивідного монтажу з круглої або прямокутної лінзою
донині можна зустріти де завгодно, починаючи з зарядних пристроїв мобільних
гаджетів, закінчуючи індикаторами складного медичного обладнання. Навіть в
якості освітлювальних світлодіодів іноді застосовують індикаторні, але такі
рішення зустрічаються останнім часом все рідше і рідше.
Рисунок 3.3 – Індикаторні світлодіоди
Індикаторні світлодіоди з опуклими круглими лінзами діаметром 3, 5, 8 і 10
мм - характерні представники даного виду. Саме з них, до речі, стартувало такий
напрямок в напівпровідниковій технології, як освітлювальні світлодіоди (для
ліхтариків, наприклад). Однак струм індикаторного світлодіода не дозволить
отримати достатньо світла, і в промислових масштабах застосовувати такі
світлодіоди для освітлення просто не доцільно, особливо сьогодні.
Для індикаторів вони підходять, навіть світлодіодні табло і рядки, що біжать
збирали у свій час тільки з таких світлодіодів через брак альтернативи. Маленькі
індикаторні світлодіоди слабо гріються і хоч якось світяться - що ще потрібно від
індикатора .. Напруга від 2,5 до 5 вольт при струмі від 10 до 25 міліампер - не
більше.
Кольори: білий, червоний, помаранчевий, жовтий, зелений, синій,
фіолетовий, ультрафіолетовий. Індикаторні світлодіоди бувають і кольоровими
RGB, коли під одним лінзою приховано три переходи, а знизу є чотири виведення,
тобто індикатор вийде більш функціональним, а світлодіодне табло - кольоровим
(дивіться - Застосування світлодіодів в електронних схемах).
Тілесний кут розсіювання - до 140 градусів для прямокутної лінзи, і до 130
градусів - для лінзи круглої. Яскравість світіння індикаторного світлодіода - від 100
до 1000 мілікандел в середньому.
Опираючись на технічне завдання та текст вище розуміємо що нам потрібні
індикаторні світлодіоди 5 мм трьох різних кольорів: зелений, жовтий і червоний.
Почнемо з розрахунків червоного світлодіода: номінальна напруга живлення
червоного світлодіода 2.0-2.2 В, номінальна сила струму при цьому 20mA. Ми
знаємо що, світлодіод повинен мати резистор послідовно з'єднаний в його ланцюг,
для обмеження струму, що проходить через світлодіод, інакше він згорить
практично миттєво ...
Резистор R визначається за формулою: R = (V S - V L) / I.
Якщо розмір опору не виходить підібрати точно, тоді візьміть резистор
більшого номіналу. Насправді ви навряд-чи помітите різницю ... яскравість світіння
зменшиться незначно.
Наприклад: Якщо напруга живлення V S = 9 В, і є червоний світлодіод (V =
2V), що вимагають I = 20мA = 0.020A,
R = (- 9 В) / 0.02A = 350 Ом. При цьому можна вибрати 390 Ом (найближче
стандартне значення, які більше) [13].
Виходячи з цього, R резистора= 150 Ом, але найближче стандартизоване
значення буде 180 Ом.
Зелений світлодіод: напруга живлення його складає 3-3.2 В, та сила струму
20 mA. Притримуючись вищезазначеної формули можемо порахувати опір
резистора для світлодіода зеленого кольору. R=(5В-3В)/20mA=100 Ом, але краще
взяти трішки з запасом і притримуватись стандартних значень, тому беремо
резистор на 120 Ом.
Жовтий світлодіод: Напруга світлодіода 2-2.2 В, струм живлення 20 mA. Як
бачимо, параметри живлення в цього світлодіода такі самі як і в червоного, тому
сюди можна поставити такий самий резистор, а саме 180 Ом.
3.2.3 Вибір платформи бездротового зв’язку
Плата розширення Arduino WiFi дозволяє контролерам Arduino здійснювати
підключення до мережі, використовуючи бездротову мережу формату 802.11.
Плата побудована на базі чіпа HDG104 Wireless LAN 802.11b / g System in-Package.
Мікроконтролер Atmega 32UC3 забезпечує підтримку мережевого стека (IP) як для
TCP, так і для UDP протоколу. Розробники рекомендують використовувати
бібліотеку WiFI для роботи з даною платою.
Фізично плата WiFi, як і більшість плат розширення, з'єднується з платою
контролера Arduino за допомогою контактних колодок, розташованих по краях
плати. Розміри відповідають контактам на контролерах Arduino UNO і Arduino
Mega2560.
На платі WiFi є слот для micro-SD карт, які можуть бути використані для
зберігання і передачі файлів по мережі. Для доступу до даних на карті можна
використовувати бібліотеку SD Library. SS (вибір веденого) для SD слота
знаходиться на порту вхід / виходу 4, що слід враховувати при роботі з цією
бібліотекою.
З'єднання Arduino контролера з процесором плати розширення WiFi і
вбудованою картою SD здійснюється по SPI шині на роз'ємі ICSP. При цьому
задіяні наступні виходи: 11, 12 і 13 на UNO і виходи 50, 51 і 52 на Mega. На обох
платах вихід 10 використовується для вибору HDG104 і вихід 4 для SD карти. Ці
вхід / виходи не можуть бути задіяні для інших цілей. На контролері Mega вихід 53
(SS), не використовується для вибору відомого пристрою HDG104, або SD карти,
але повинен залишатися OUTPUT інакше буде порушена робота SPI інтерфейсу.
Рисунок 3.4 – Плата розширення Arduino WiFi Shield
Порт 7 використовується для синхронізації (handshake) між платою WiFi і
Arduino і не може бути задіяний для інших цілей.
Зверніть увагу, що оскільки HDG104 і слот SD карти ділять шину SPI, вони
не можуть бути використані одночасно. Майте це на увазі при використанні
відповідних бібліотек. Якщо ви не використовуєте один з пристроїв, вам необхідно
примусово відключити його. Для відключення SD карти, встановити порт 4 в
OUTPUT і HIGH, для відключення HDG104 - порт вхід / виходу 10 в OUTPUT,
HIGH.
Плата WiFi може бути використана як у відкритих бездротових мережах, так
і в мережах з використанням шифрування WPA2 Personal, або WEP. Для успішного
з'єднання точка доступу повинна анонсувати SSID. Кнопка скидання (reset),
перезавантажує процесор на платі WiFi і одночасно контролер Arduino.
На платі розширення розпаяний конектор Mini-USB, який використовується
для перепрошивки Atmega 32U з використанням протоколу Atmel DFU. Перемичка
(джампер) DFU здійснює переклад плати в режим прошивки, в інших випадках
вона повинна бути незамкнута. Конектор FTDI може бути використаний для
послідовного з'єднання з мікро контролером 32U для налагодження [14].
Окрім плати Arduino WiFi Shield є плата ESP8266, що використовує той
самий чіп зв’язку. Хоча, якщо точніше сказати, то це навпаки шилд для Arduino
використовує плату зв’язку від ESP8266.
Arduino wi-fi esp8266 зараз вважається найдоступнішим модулем на ринку,
як і всі його побратими. Так, ціна на зарубіжних майданчиках стартує від 2-х
доларів, що дозволяє пачками купувати дані модулі і не перепрошивати їх тисячу
разів, перепаіваючи контакти, щоб зберегти працездатність.
Спочатку даний wi-fi модуль Ардуіно використовувався, в основному, як
arduino wi-fi shield, так як був найбільш дешевим варіантом і нічим не поступався
оригінальному. Пристрій дійсно практично легендарний, адже вагомих мінусів за
його вартість годі й шукати. Є безліч бібліотек, в тому числі і призначених для
користувача, а також підтримується робота через Serial шини і найпростіші АТ і
АТ + команди. Завдяки цьому ніякої семантики горезвісного С99, як це часто буває
з іншими сторонніми мікроконтролерами, вивчати не потрібно. Відповідно, навіть
новачок розбереться за секунди, а професіонал зможе застосувати вже заготовлені
бібліотеки. Серед інших достоїнств зазначається:
• Процесор на 160 МГц, однак він 32-бітний, що накладає певний відбиток на
продуктивність. Але варто пам'ятати, що модуль все ж застосовується в
зв'язці з платами Ардуіно, які самі по собі ріжуть високі частоти і з'їдають
більшу частину ресурсів невідомо для чого.
• Виробник, який випустив wi-fi модуль esp8266, цікаві проекти на цьому не
закінчив, і зараз є ціла лінійка мікроконтролерів перевіреної якості.
• Сучасні стандарти захисту мережі. Звичайно, WPA і WPA2 вже давно не такі
вже й безпечні, як хотілося б, але їх наявність не може не радувати в такому
дешевому контролері.
• 16 портів виведення, в тому числі 10-бітний, що дозволяє
поекспериментувати з платою.
Що ще важливіше, з коробки вас чекає постійна пам'ять до 4 мегабайт, в
залежності від типу плати, а це в рази спрощує роботу з великими бібліотеками і
навіть деякими медіа-файлами. Адже на більшості плат Ардуіно і 1 мегабайт
вважається недозволеною розкішшю.
Характеристики esp8266 wi-fi безумовно радують, особливо в порівнянні з
його більш дорогими конкурентами, але у користувача, який не мав раніше досвіду
з даними платами, виникне питання про те, як же його підключити. Справа в тому,
що модуль має набагато більше пінів, ніж звикли бачити новачки, а, відповідно, у
тих починається паніка. Однак, якщо розібратися в ситуації, то на ділі в цьому
немає нічого складного. Досить запастися припоєм і паяльником і просто почитати
інструкцію [15].
Беручи до уваги інформацію подану вище, а саме розміри плат, їх економічну
доцільність, можливості, інтерфейси підключення, а також технічне завдання,
можемо дійти висновку що плата ESP8266 ідеально підходить нам по всім
параметрам.
Розглянемо підключення Wi-Fi модуля ESP8266. В першу чергу потрібно
визначитись, яка версія мікроконтролера у нас на руках. У першій вбудовуються
світлодіоди близько пінів, а на другий, яку стали випускати зовсім недавно,
сигнальні вогні знаходяться близько антени.
Перед підключенням варто довантажити останню прошивку, що дозволяє
збільшувати швидкість обміну пакетами до 9600 одиниць інформації в секунду. А
перевіряти з'єднання ми будемо через кабель usb-ttl і відповідний термінал від
CoolTerm.
Рисунок 3.5 - Схема підключення ESP8266 до Arduino Nano
Піни для підключення вищеописаного кабелю стандартні, а от живлення йде
через 3.3 вольта пін з Ардуіно. Важливо пам'ятати, що максимальну силу струму,
яку подає плата, неможливо поставити вище 150 мА, а esp8266 esp 07 і esp8266 witty
cloud wi-fi модуль для arduino вимагають 240 мА.
Однак, якщо іншого джерела струму немає, можете використовувати і
стандартний варіант від Ардуіно, але потужність плати постраждає. Хоча, при не
сильному завантаженні, досить і 70 мА, будьте готові до раптових
перезавантаженням мікроконтролера в пікові моменти навантаження і пишіть софт
відповідно, щоб він фільтрував і розбивав файли, не перевантажуючи плату.
Як відомо, можна підключити ESP8266 до свого смартфону, але для початку
потрібно перевірити роботу самого модуля. Для цього потрібно загрузити на плату
перевірочний скетч, який складається з декількох штатних команд AT.
Наприклад, можна добавити мигання штатними світлодіодами:
#define TXD 1 // GPIO1/TXD01
void setup() {
pinMode(TXD, OUTPUT);
}
void loop() {
digitalWrite(TXD, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(TXD, LOW);
delay(1000);
} [15]
Як тільки плата підтвердить що бачить мікроконтролеp, можна починати
роботу з ним.
3.3 Розробка алгоритму на блок-схеми інформаційно-
телекомунікаційної системи дорожнього руху
Для кращого розуміння функціонування алгоритму розглянемо блок-схему
наведену на рисунку 3.6.
Як бачимо, ця блок-схема працює тільки при одному сценарії – якщо пішохід
подає сигнал зі свого мобільного пристрою. Але для більшої зручності і
універсальності було додано і другий сценарій, при якому користувач натискає
кнопку в безпосередній близькості з самим світлофором, і алгоритм починає
негайно виконуватись.
На початку роботи інформаційно-телекомунікаційної системи відбувається
ініціалізація портів плати Arduino, яка необхідна для того, щоб налаштувати порти
на прийом або передачу сигналу. При підключенні світлодіодів можна заплутатись
в цьому розділі, тому що при прийомі сигналу на порт все-рівно подається чергова
напруга, якої досить для того щоб світлодіод загорівся.
Давайте розберемось в тому, як налаштувати порти Arduino.
Цифровий пін може перебувати в двох станах, вхід і вихід. У режимі входу
пін може зчитувати напруга від 0 до напруги живлення МК, а в режимі виходу -
видавати таку ж напругу. Режим роботи вибирається за допомогою функції
pinMode (pin, mode), де pin це номер піна, а mode це режим:
mode - режим роботи
INPUT - вхід
OUTPUT - вхід
INPUT_PULLUP - підтягнутий
Якщо зі входом / виходом все зрозуміло, то з підтяжкою давайте розберемося.
У режимі входу пін мікроконтролера не підключений нікуди і ловить з повітря всякі
наведення, отримуючи практично випадкове значення. Для завдання піну "стану за
замовчуванням" використовують підтяжку резистором до землі або. Ось режим
INPUT_PULLUP включає вбудовану в мікроконтролер підтяжку Піна до живлення.
Ініціалізація
Надходження сигналу з
телефона
Вмикається жовтий колір
автомобільного
світлофору
Вмикається червоний
колір автомобільного
світлофору
Вмикається зелений колір
пішоходного світлофору
Ініціалізація
Рисунок 3.6 – Блок-схема роботи інформаційно-телекомунікаційної системи при
подачі сигналу з телефона
Цифровий пін в режимі виходу (OUTPUT) може генерувати цифровий
сигнал, тобто видавати напругу. Так як поняття "цифровий" зазвичай пов'язане з
двома станами, 0 і 1, цифровий пін може видати 0 або 1, точніше: сигнал низького
або високого рівня. Сигнал низького рівня це 0 Вольт, грубо кажучи в цьому стані
пін підключається до GND мікроконтролера. Сигнал високого рівня підключає пін
до VCC мікроконтролера, тобто до живлення. Сигнал високого рівня на цифровому
піні буде варіюватися в залежності від того, як живиться плата Arduino. При
живленні від джерела 5V на піні буде 5V, при живленні від USB з втратою на
захисному діод ми отримаємо близько 4.7 Вольт на цифровому піні в режимі
виходу з високим сигналом.
Найголовніший момент щодо цифрових пінів: мікроконтролер - це логічне
пристрій, який створено для управління іншими пристроями за допомогою
логічних (цифрових) сигналів. Під словом логічне я розумію не силове, тобто
живити щось від мікроконтролера можна, за рідкісним винятком. На зображенні з
терморегулятори вище ви можете знайти напис "Absolute MAX per pin 40mA,
recommended 20mA". Це означає, що максимум можна зняти з піна 40 міліампер, а
рекомендується не більше 20 міліампер. Для мікроконтролера це дуже багато. В
інших мікроконтролерах обмеження по струму на пін може становити 5-10 мА.
Також є загальне обмеження на струм з цифрових пінів - 200 мА: "Absolute MAX
200mA for entire package". Цю інформацію можна знайти в будь-якому офіційному
джерелі інформації про Arduino і мікроконтролері в цілому, в тому числі в даташіте
на мікроконтролер.
Зараз повернемося до питання подачі цифрового сигналу: для цього у нас є
функція digitalWrite (pin, value):
pin - цифровий пін МК,
value - рівень сигналу: HIGH високий, LOW низький. Також можна
використовувати цифри 0 і 1
Для роботи в режимі виходу пін повинен бути переведений в стан OUTPUT
за допомогою pinMode (), інакше він не видасть напруга, яке можна виміряти або
щось від нього живити (читай нижче, чому).
Приклад, в якому піни ініціалізуються як виходи, і на них подається сигнал:
void setup () {
pinMode (10, OUTPUT); // D10 як вихід
pinMode (A3, OUTPUT); // A3 як вихід
pinMode (19, OUTPUT); // A5 як вихід (Nano / UNO)
digitalWrite (10, HIGH); // високий сигнал на D10
digitalWrite (A3, 1); // високий сигнал на A3
digitalWrite (19, 1); // високий сигнал на A5
}
void loop () {}
Пін, налаштований як OUTPUT, за замовчуванням має сигнал LOW
Ще цікавий момент: у старих версіях IDE не було варіанту режиму роботи
INPUT_PULLUP, і підтяжка робилася вручну. Запам'ятайте, що ось ці два варіанти
є рівноцінними, ви можете зустріти другий в старих скетчах з Інтернету, не
лякайтеся. Обидва варіанти роблять пін підтягнутим до живлення в режимі входу
// сучасний варіант
pinMode (10, INPUT_PULLUP); // D10 як підтягнутий вхід
// старий варіант
pinMode (10, INPUT); // D10 як вхід
digitalWrite (10, HIGH); // "підтягнути" D10
Цифровий пін може "вимірювати" напругу, але повідомити він може тільки
про її відсутність (сигнал низького рівня, LOW) або наявність (сигнал високого
рівня, HIGH), причому відсутністю напруги вважається проміжок від 0 до ~ 2.1V.
Відповідно від ~ 2.1V до VCC (до 5V) мікроконтролер вважає за наявність сигналу
високого рівня. Таким чином мікроконтролер спокійно може працювати з
логічними пристроями, які шлють йому високий сигнал з напругою 3.3V, він такий
сигнал прийме як HIGH.
Не можна подавати на цифровий пін (та й на будь-який інший пін теж)
напруга вище напруги живлення мікроконтролера.
Для читання рівня сигналу на піні використовується функція digitalRead
(pin), де пін - номер піна згідно підпису на платі. Ці піни, підписані як D, а також
піни A0-A5 у Arduino Nano / Uno / Pro Mini. Ця функція повертає 0, якщо сигнал
низького рівня, і 1 - якщо високого. Простий приклад:
void setup () {
Serial.begin (9600);
}
void loop () {
Serial.println (digitalRead (5));
}
Даний код буде виводити в порт сигнал на пін D5. Якщо підключити його
проводом до VCC - отримаємо 1, якщо до GND - отримаємо 0 [16].
Після ініціалізації портів йде з’єднання з платою Wi-Fi модуля ESP8266, та
подальшою роботою з нею. Якщо на неї поступає сигнал з телефона, вона передає
дані про це на плату мікроконтролера для подальшої обробки. Мікроконтролер в
свою чергу приймає цей сигнал, і звіряє його з таймером останнього ввімкнення
світлофора пішохідного переходу. Якщо після останнього ввімкнення пройшло
достатньо часу, а саме 3 хвилини(час можна налаштовувати індивідуально
дослідним шляхом), то мікроконтролер запускає алгоритм. Спочатку починає
блимати зелений колір автомобільного світлофора, потім вмикається жовте світло
та гасне червоне світло для пішоходів, і нарешті вмикається червоний колір для
авто і зелене світло для пішохода. Мікроконтролер починає відраховувати 30
с(знову ж таки, час можна підібрати дослідним шляхом, це лише приблизні дані
для перевірки роботи алгоритму) і запускається алгоритм ввімкнення зеленого
світла для автомобілів.
Початок
Інціалізація портів Arduino
Ввімкнення
ESP8266
Зелене світло для авто
Перевірка
під’єднання до
телефону
Ні Сигнал з Так
телефону
є?
Ні Сигнал з Так
кнопки
є?
Так
Ні Пройшла хвилина тайм-ауту?
Запуск алгоритму ввімкнення
пішоходного переходу
Таймер 30 с
Запуск алгоритму автомобільного
руху
Рисунок 3.7 – Блок-схема роботи інформаційно-телекомунікаційної системи
контролю дорожнього руху на платформі Arduino
3.4 Технічна та програмна реалізація макета інформаційно-
телекомунікаційної системи дорожнього руху
Для реалізації даного проекту знадобиться реалізувати механічну
конструкцію (світлофор для автомобілів та світлофор для пішоходів), апаратну
частину системи управління, написати скетч для Arduino та програми Blynk,
реалізувати систему управління.
Щоб реалізувати апаратну частину потрібно визначитись скільки модулів та
світлодіодів нам потрібно та під’єднати все згідно схеми на Рис. 3.8.
Рисунок 3.8 – Схема підключення апаратної частини
Для реалізації скетчу потрібно об’єднати бібліотеки всіх модулів та скетчі
для структурних складових проекту, та реалізувати алгоритм роботи.
4. ОХОРОНА ПРАЦІ
4.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають в приміщені
експериментального відділу
В даному розділі розглядаються та аналізуються умови праці співробітників
в приміщенні експериментального відділу, в якому проводяться розробка
інформаційно-телекомунікаційної системи. Цей відділ розташовується на другому
поверсі триповерхової цегляної будівлі.
Основна робота з розробки відповідних проектів полягає в проведенні
розрахунків з використанням спеціальних прикладних програм, обробці
інформації, моделювання різноманітних процесів, розробці функціональних та
принципових електричних схем. Устаткування відділу складається з трьох ПК,
двох друкувальних пристроїв.
Кабінет відділу має наступні розміри: довжина 6 м, ширина 3,5 м, висота 3
м. Приміщення розраховане на трьох одночасно працюючих чоловік. Площа, яка
припадає на одного працівника – 7 м2, об’єм – 21 м3, що відповідає вимогам ДБН
В.2.2.28-2010 з розрахунку на одного працівника.
Робота працівників відділу відноситься до категорії 1-а легких, тому що
виконується сидячи, не потребує систематичної фізичної напруги або підняття і
перенесення ваги. Енерговитрати при виконанні такої роботи складають приблизно
150 ккал/год, це еквівалентно 172 Дж/сек.
Мікроклімат у відділі визначається: температурою повітря, відносною
вологістю, швидкістю руху повітря і інтенсивністю теплового випромінювання від
нагрітих поверхонь.
Фактичні значення основних параметрів мікроклімату в приміщенні відділу
наступні:
1. Температура повітря: в холодний період року – 18-19°С; в теплий період
року – 25-30°С.
2. Вологість повітря: в холодний період року – 50-52 %; в теплий період року
– 45-47 %.
3. Швидкість руху повітря: в холодний період року – 0,12 м/с; в теплий період
року – 0,15 м/с.
Нормативні параметри мікроклімату в приміщенні відділу:
1. Температура повітря: в холодний період року – 22-24°С; в теплий період
року – 22–28°С.
2. Вологість повітря: 40-60 %.
3. Швидкість руху повітря: не більше 0,1м/с;
Вище наведені фактичні значення задовольняють ДСН 3.3.6.042-99, за
виключенням температури в холодний та теплий період року. Необхідно
встановити систему кондиціонування і модернізувати систему опалення повітря.
Кабінет відділу відноситься до класу приміщень без підвищеної безпеки
ураження електричним струмом (ПУЕ-17), тому що відповідає таким вимогам:
– відносна вологість повітря 50-60%;
– кабінет має неструмопровідні дерев'яні поли (паркет);
– немає утворень пилу, що проводить струм;
– неможливість одночасного дотику з однієї сторони до металевих
конструкцій будинку, що мають з'єднання з землею, і з іншої сторони до корпусів
електроустаткування.
Вся електрична підводка до столів, де розташовані ПК, захищена від
механічних ушкоджень. Для захисту від статичної електрики застосована система
захисного заземлення відповідно до ДСТУ Б В.2.5-82:2016.
Наявність шкідливих речовин у повітрі робочої зони регламентує ГОСТ
12.1.005-88. Оскільки при роботі з ПК не відбувається утворення і виділення в
повітря загально-токсичних, подразнюючих, канцерогенних і інших шкідливих
речовин, концентрація яких перевищувала б установлені норми і правила, тому
повітря робочої зони відповідає вимогам ГОСТ 12.1.005-88 і вимогам до ГДК
шкідливих речовин і пилу.
При роботі ПК характерні підвищені теплоутворення, що підтверджує
необхідність системи кондиціонування повітря.
При роботі з ПК характеристика зорової праці відповідає високій точності,
тобто найменший розмір об'єкта розрізнення понад 0,3 мм до 0,5 мм, що відповідає
3 розряду зорової праці, підрозряд в; контраст розрізнення об'єкта з фоном -
великий, фон світлий.
Приміщення відділу має бічне природне освітлення через три світлових
отвори у зовнішній стіні (вікон). Розміри вікна: ширина 1,5 м; висота 2,2 м.
Нормований коефіцієнт природного освітлення для ІІІ розряду зорової праці для
території України дорівнює 1,5 %. Площа світлових отворів забезпечує необхідний
КПО, фактичне значення якого становить 25-30 %, що є достатнім рівнем,
обумовленим ДБН В.2.5-28-2018. Для темного часу доби передбачене штучне
освітлення. Приміщення обладнане чотирма світильниками, кожний з яких має по
дві люмінесцентні лампи денного світла ЛБ, потужністю 60 Вт кожна. Фактичне
значення штучного загального освітлення складає 340-360 лк, а нормативне
значення – 300 лк. Отже, рівень штучного освітлення відповідає ДБН В.2.5-28-
2018.
Джерела вібрації в даній лабораторії відсутні, тому рівень вібрації відповідає
вимогам ДСН 3.3.6.039-99.
Приміщення розташоване в південній частині будинку, на стінах яких
поклеєні шпалери блідо-рожевого кольору із коефіцієнтом відбиття 40-60%,
шпалери мають матову структуру. Робоче місце обладнане відповідно до вимог
ДСТУ 8604:2015. У даному кабінеті робочі місця розташовані таким чином, щоб у
поле зору не потрапляли вікна й освітлювальні прилади. Екран монітору розміщені
під кутом 90-105о до вікна, у поле зору не потрапляють поверхні з дзеркальним
відбиттям. Співвідношення яскравості екрана з найближчими поверхнями не
перевищує 5:1, покриття столу матове з коефіцієнтом відбиття 0,3-0,4. Монітор
розміщений так, щоб відстань від очей користувача до екрана складала не менше
700 мм, кут зору 30о. Руки користувача розташовуються на робочому столі в
горизонтальному положенні, передбачена опора для спини.
Приміщення відділу відноситься до категорії В - пожежонебезпечних
приміщень, тому що є наявність горючих речовин: дерев'яні столи і стільці,
дерев'яна підлога, віконна рама; приміщення сухе з відносною вологістю 50-60%
(ДСТУ Б В.1.1-38:2016). Згідно умов експлуатації відповідно до ДБН В.2.5-56-2014
приміщення обладнане системою пожежної сигналізації в складі автоматичних
теплових сповіщувачів, який формує сигнал про пожежу при виявлені чинника, що
супроводжує пожежу – температури. На даний момент система застаріла і не
працює, тому потребує суттєвої модернізації.
Додатково для гасіння пожежі в приміщенні передбачений ручний
вуглекислотний вогнегасник типу ВВК-3,5, призначений для гасіння твердих і
рідких горючих речовин, а також електроустановок, який знаходиться на видному
місці при виході з кабінету з лівої сторони (Правила експлуатації вогнегасників).
При виникненні пожежі люди евакуюються з приміщення шляхом виходу в
коридор другого поверху, що веде на сходову клітку, яка має вихід назовні через
вестибюль, відповідно ДБН В.1.1.7-2016.
За результатами аналізу умов праці робітника відділу, можна зробити
висновок, що всі параметри приміщення відділу відповідають вимогам ГОСТ,
ДСТУ, ДСН та ДБН для даного типу роботи. Відхиленням від встановлених вимог
є відсутність системи кондиціонування, недосконалість системи опалення та
застаріла система пожежної сигналізації. Виходячи з цього рекомендується у
відділу модернізувати систему пожежної сигналізації.
4.2 Модернізація системи пожежної сигналізації відділу
Основна задача встановлення охоронно-пожежної сигналізації – це захист
будівлі від небажаного проникнення та виникнення загорання.
Встановлення охоронно-пожежної сигналізації необхідне для здачі будівлі в
експлуатацію. При встановленні даних систем діє багато обмежень, зумовлених
певними нормативними актами: наприклад, обмеження на моделі встановлюваних
датчиків та обладнання. Також регламентується кількість встановлюваних датчиків
та місця їх розташування у приміщенні.
Інформація зі всіх розташованих датчиків надходить в єдиний
диспетчерський пульт. Якщо спрацює один з них, на екрані диспетчера з’явиться
детальний план приміщення з наданням точного місця датчика, що спрацював, а
також його тип. Якщо місце спрацювання було встановлене під охорону, то
автоматично пройде сигнал на пульт позавідомчої охорони. Залежно від того, який
датчик спрацював, пожежний чи охоронний, вже співробітники позавідомчої
охорони приймають рішення про виклик пожежної охорони або оперативної групи
охорони.
Охоронні та пожежні датчики мають кілька станів – «тривога», «охорона»,
«обрив лінії», «не під охороною». Для чіткої реалізації таких станів необхідно
використовувати сучасне спеціалізоване обладнання – контролери охоронно-
пожежної сигналізації. Їх інтеграція з системою автоматизації дозволить вести
постійний контроль з диспетчерського пульта будівлі, а також своєчасно
отримувати дані про нештатні ситуації, і в деякій мірі, приймати рішення для їх
ліквідації. Наприклад, у випадку спрацювання пожежної сигналізації, система
автоматизації виключить вентиляцію, щоб потоком повітря не сприяти загоранню,
відключить подачу електрики у вказану зону, автоматично включить систему
оповіщення та сигналізації, проаналізувавши ситуацію, через систему оповіщення,
повідомить про шляхи евакуації персоналу та включить автономну систему
пожежогасіння.
Якщо пожежа виникла, то її розвиток є нерівномірним. Спочатку
інтенсивність горіння невелика, але потім вона зростає і наступає лавиноподібний
процес. Тому, чим раніше виявлена пожежа, тим менше збитки від неї.
Протипожежний захист будинків, споруд, людей, які в них перебувають
зокрема досягається застосуванням установок автоматичної пожежної сигналізації.
Відповідно до ДБН В.2.5-56-2014 під «установкою пожежної сигналізації»
розуміється сукупність технічних засобів, установлених на об'єкті, що захищається,
для виявлення пожежі, оброблення, подавання в заданому вигляді повідомлення
про пожежу на цьому об'єкті, спеціальної інформації та (чи) подавання команд на
включення автоматичних установок пожежогасіння та технічних обладнань.
При визначенні об'єктів, які підлягають обладнанню установками
автоматичної пожежної сигналізації необхідно керуватися в першу чергу
Переліком однотипних за призначенням об'єктів, які підлягають обладнанню
автоматичними установками пожежогасіння та пожежної сигналізації.
Цей перелік узагальнює вимоги щодо оснащення пожежною автоматикою
будівель, споруд та приміщень, які найбільш поширені в різних галузях
господарства незалежно від виду їх діяльності та форм власності.
Крім зазначеного переліку слід також керуватися вимогами відповідних
будівельних норм, галузевими (відомчими) переліками та іншими нормативами
документами з цього питання, затвердженими в установленому порядку після
узгодження з Державним департаментом пожежної безпеки України.
Система пожежної сигналізації складається з пожежних сповіщувачів
(пристроїв для формування сигналу про пожежу), які включені у сигнальну лінію
(шлейф), приймально-контрольного приладу, ліній зв'язку.
Пожежні сповіщувачі перетворюють прояви пожежі (тепло, світло полум'я,
дим) в електричний сигнал, який по лініях зв'язку надходить до контрольно-
приймального приладу. Контрольно-приймальний прилад здійснює приймання
інформації від пожежних сповіщувачів, виробляє сигнал про виникнення пожежі
чи несправності, передає цей сигнал та видає команди на інші пристрої (наприклад,
включає автоматичні установки пожежогасіння чи димовидалення).
В залежності від проявів процесу горіння сповіщувачі можуть бути:
- теплові, які реагують на певне значення температури та (чи) швидкість її
наростання;
- димові, які реагують на аерозольні продукти горіння;
- світлові, які реагують на електромагнітне випромінювання полум'я.
Серед багатого різноманіття сучасних сповіщувачів пропонується
використати сучасний пожежний сповіщувач ИПД-3.1. Принцип роботи
сповіщувача ИПД-3.1 заснований на порівнянні електричного сигналу,
пропорційного оптичної щільності навколишнього середовища, із граничним
значенням, сформованим схемою сповіщувача. З появою диму в оптичній камері
імпульси інфрачервоного випромінювання, відбиваючись від димових часток,
попадають на фотоприймач, посилений сигнал якого рівняється із граничним
рівнем, і, якщо перевищення над порогом повторюється п'ять разів підряд, схема
реєструє стан «Пожежа». При цьому схема виробляє сигнал, що надходить на
вихідний ключ, що зменшує вихідний опір сповіщувача, що є сигналом
спрацьовування для приймально-контрольного приладу.
Призначені для виявлення в закритих приміщеннях різних будинків і
споруджень загорянь, що супроводжуються появою диму й передачі сигналу
«Пожежа» приймально-контрольним приладам. Сповіщувачі розраховані на
безперервну цілодобову роботу разом із приладами приймально-контрольними
(ППК) типу «Веселка», серії «Сигнал», «ВЭРС», «Граніт», «Лігард» і ін.
Рисунок 4.1 - ИПД-3.1М сповіщувач пожежний димовий оптико-електронний
Технічні характеристики:
- чутливість (дБ) – 0,05...0,2;
- діапазон напруги живлення (В) – 10...30;
- струм у черговому режимі (мА) – 0,045;
- струм у режимі «Тривога» (мА) – 6...36;
- спосіб підключення – 2-х провідне;
- стан контактів – немає;
- діапазон робочих температур (град.) – -30...+55;
- габарити (мм) – 100х48.
Вибір пожежних сповіщувачів здійснюється в залежності від характерних
приміщень, виробництв, технологічних процесів відповідно ДБН В.2.5-56-2014,
який наведено нижче.
В даний час розвивається тенденція заміни теплових сповіщувачів на димові
з метою зниження інерційності їх спрацювання.
Наведена таблиця не визначає галузь використання автоматичних пожежних
сповіщувачів, яка встановлюється відповідними будівельними нормами, нормами
технологічного проектування і відомчими переліками.
Таблиця 4.1 - Пожежна автоматика будинків і споруд
Перелік характерних приміщень, виробництв, Автоматичний
технологічних процесів пожежний
сповіщувач
1. Виробничі будівлі
1.1 З виробництвом і зберіганням:
- виробів з деревини, синтетичних смол, синтетичних Тепловий або
волокон, полімерних матеріалів, текстильних, трикотажних, димовий
текстильно-галантерейних, швейних, взуттєвих, шкіряних,
тютюнових, хутрових, целюлозно-паперових виробів,
синтетичного каучуку, горючих рентгенівських, кіно- і
фотоплівок, бавовни;
- лаків, фарб, розчинників, ЛЗР, ГР, мастильних матеріалів, Тепловий або
хімічних реактивів, спиртогорілчаної продукції; світловий
- лужних металів, металевих порошків, каучуку Світловий
природного;
- борошна, комбікормів і інших продуктів та матеріалів з Тепловий
виділенням пилу.
1.2 З виробництвом:
- паперу, картону, шпалер, тваринницької та птахівницької Тепловий або
продукції. світловий
1.3 Із зберіганням:
- негорючих матеріалів у горючій упаковці, твердих горючих Тепловий або
матеріалів. димовий
2. Спеціальні споруди
- приміщення (споруди) для прокладання кабелів, Тепловий або
приміщення для трансформаторів, розподільних пристроїв димовий
та щитові;
- приміщення електронно-обчислювальної техніки, Димовий
електронних регуляторів, керуючих машин, АТС,
радіоапаратних;
- приміщення для обладнання і трубопроводів по Тепловий або
перекачуванню горючих рідин і мастил, для випробування світловий
двигунів внутрішнього згоряння і паливної апаратури,
наповнення балонів з горючими газами;
- приміщення підприємств з обслуговування автомобілів. Тепловий або
димовий
3. Адміністративні, побутові і громадські будівлі та
споруди
- зали для глядачів, репетиційні, лекційні, читальні і Димовий
конференц-зали, артистичні, кулуарні, костюмерні,
реставраційні майстерні, кіносвітлопроекційні, апаратні,
фойє, холи, коридори, гардеробні, книгосховища, архіви,
фотолабораторії, простори за підвісними стелями,
приміщення з персональними комп'ютерами;
- склади декорацій, бутафорії і реквізитів, адміністративно- Тепловий або
господарські приміщення, машино-лічильні станції, пульти димовий
керування, передпокої житлових приміщень;
- лікарняні палати, приміщення підприємств торгівлі, Тепловий
громадського харчування і побутового обслуговування,
службові кімнати, житлові приміщення готелів і
гуртожитків;
- приміщення музеїв і виставок та підпільні простори Димовий або
приміщень з персональними комп'ютерами. світловий
Примітка 1. Вказаний першим вид сповіщувача є пріоритетним.
Примітка 2. Використання інших видів сповіщувачів або необхідність
встановлення в одному приміщенні автоматичних пожежних сповіщувачів, що
реагують на різні фактори пожежі на початку горіння визначається техніко-
економічним обґрунтуванням.
При виборі димових сповіщувачів не рекомендується використовувати
радіоізотопні сповіщувачі в приміщеннях з довготривалим перебуванням людей
(лікарні, санаторії та інші оздоровчі заклади), жилих приміщеннях готелів і
гуртожитків. Забороняється встановлення радіоізотопних сповіщувачів в житлових
будинках і дитячих закладах.
Сигнали від приймально-контрольних приладів установок пожежогасіння та
пожежної сигналізації виводять, за наявності технічної можливості, на пульти
централізованого спостереження пожежної охорони.
В якості охоронно-пожежного пульту контролю й керування в приміщенні
конструкторського відділу пропонується використати Сучасний пульт С-2000.
Рисунок 4.2 - Пульт контролю й керування охоронно-пожежний С-2000
Технічні характеристики:
- кількість підключених пристроїв - до 127;
- кількість шлейфів сигналізації, які можуть бути об'єднані в розділи - до 512;
- кількість паролів - до 511;
- кількість керованих в автоматичному режимі релейних виходів - до 255;
- обсяг буфера подій - 1023 повідомлень;
- довжина лінії інтерфейсу RS-485 - до 4000 м;
- довжина лінії інтерфейсу RS-232 для зв'язку із принтером - до 20 м;
- напруга живлення - від 10,2 до 28,4 В;
- типовий струм споживання в черговому режимі становить:
- при напрузі живлення 12 В - 50 мА;
- при напрузі живлення 24 В - 25 мА;
- клавіатура - 16 клавіш із підсвічуванням;
- індикатор - ЖК із підсвічуванням, 16 символів;
- робочий діапазон температур - від +1 до +40 °С;
- габаритні розміри - 146 х 105 х 35 мм.
Основні функції ПКП С-2000:
- контроль до 127 приладів, підключених до пульта по інтерфейсі RS-485;
- відображення на ЖКИ, зберігання в енергонезалежному буфері всіх подій,
що відбуваються в системі, і печатка їхньому принтері з послідовним інтерфейсом
RS-232;
- сигналізація тривоги на убудованому звуковому сигналізаторі;
- керування узяттям/зняттям і контроль стану шлейфів сигналізації з пульта;
- програмування конфігураційних параметрів приладів, печатка конфігурації
на принтері, настроювання адрес приладів і адресних пристроїв;
- обмеження доступу до функцій керування й програмування за допомогою
паролів.
Функції доступні після конфігурування:
- об'єднання шлейфів у розділи;
- відображення текстових назв розділів і імен користувачів у протоколі подій.
Довжина рядків - до 16 символів;
- керування узяттям/зняттям і контроль стану розділів з пульта й клавіатур
С2000-С, пультів С2000-КС і приладів С2000-4;
- розмежування повноважень керування на основі системи паролів.
- завдання прав керування узяттям/зняттям розділів як користувачам, так і
кожному із пристроїв керування (клавіатурам С2000-С, пультам С2000-КС і
приладам С2000-4);
- автоматичне керування релейними виходами блоків С2000-СП1 відповідно
до стану розділів. Можливість керування виходами приладів С2000-4, Сигнал-20П
і Сигнал-20 серія 02. Можливість керування релейними виходами із затримкою;
- керування індикацією станів розділів на блоках індикації С2000-БИ;
- передача подій, що відбуваються в системі, клавіатурам С2000-С для
індикації й інформаторам С2000-ИТ для передачі по абонентській телефонній лінії;
- до пульта можна підключити персональний комп'ютер із програмним
забезпеченням АРМ С2000 для ведення протоколу подій і відображення станів
розділів і шлейфів сигналізації на комп'ютері;
- пульт у режимі програмування може виконувати функцію перетворювача
інтерфейсів RS-232 - RS-485, що дозволяє конфігурувати пульт і підключені до
нього прилади з персонального комп'ютера без використання додаткових
перетворювачів інтерфейсів;
- пульт має спеціальний режим роботи, що дозволяє резервувати АРМ
«Оріон», автоматично перехоплюючи керування приладами при відключенні
персонального комп'ютера;
- можливість підключення декількох підсистем охоронно-пожежної
сигналізації на базі пультів С2000 до персонального комп'ютера з АРМ «Оріон».
Така система має всі переваги АРМ «Оріон» і працює при вимиканні персонального
комп'ютера;
- конфігурування здійснюється програмою PPROG.EXE.
Висновки
Сучасні міста стикаються з проблемами завантаженості автомобільних
шляхів, і тому потрібно запроваджувати нові системи регулювання автомобільного
руху. Сучасний автомобіль зазнав багато змін з того часу, коли перше авто вийшло
з конвеєра, а світлофори не можуть похизуватись цим. Це як були три лампи
різного кольору, які переключались коли їм накаже пункт керування, так і
залишились. В даній роботі створена інформаційно-телекомунікаційна система
дорожнього руху на сучасному мікроконтролері Arduino, яка модернізує
регулювання пішохідних переходів на дорогах загального користування. Пішохід
може заздалегідь вмикати зелене світло зі свого смартфону, а для людей які не
мають свого смартфону, або не бажають користуватись цією системою
передбачена кнопка ручного вмикання зеленого світла, яка вмикає той самий
алгоритм, тільки безпосередньо біля світлофора. Для захисту від хуліганів є
таймер, який не дозволяє вмикати зелене світло постійно.
При розробці автоматизованої системи велика увага приділялася вибору
апаратної платформи. Було проведено порівняльний аналіз існуючих
мікропроцесорних платформ. Вибір припав на мікропроцесорну платформу
Arduino UNO. Основними критеріями вибору були: висока функціональність,
низька вартість, просте і зрозуміле середовище програмування. Було здійснено
вибір апаратних засобів і розглянуто особливості з’єднання один з іншим. Також
значну увагу приділено написанню скетчів (програм мікроконтролера) для
взаємодії блоків між собою і функціонуванню системи в цілому.
Список використаної літератури
1. О платформе Ардуино. – Режим доступу: https://alexgyver.ru/lessons/about-
arduino/
2. Arduino – Режим доступу: https://all-arduino.ru/
3. Arduino Uno, общие сведенья – Режим доступу:
http://arduino.ru/Hardware/ArduinoBoardUno
4. Програмування Arduino Pro-Mini – Режим доступу:
https://comuedu.ru/uk/different/programming-arduino-promini-blogu003e-we-
bought-arduino-pro-mini-what-to-do-next.html
5. Wi-Fi модуль ESP8266 версія ESP-12F – Режим доступу:
https://arduino.ua/prod2376-wi-fi-modyl-esp8266-versiya-esp-12f
6. Blynk для Arduino, ESP8266,RPi – Режим
доступу:https://4pda.to/forum/index.php?showtopic=818763&st=920
7. Интелектуальные транспортные системы – Режим доступу:
http://www.techportal.ru/review/security-on-transport/its/
8. Основные функции и состав системы – Режим доступу:
https://studref.com/557831/tehnika/osnovnye_funktsii_sostav_sistemy#931
9. Контрольные показатели эфективности – Режим доступу:
https://studref.com/557847/tehnika/kontrolnye_pokazateli_effektivnosti#173
10. Преимущества внедрение систем «Умный транспорт» - Режим доступу:
https://center2m.ru/intellektualnye-transportnye-sistemy
11. Arduino Uno r3 – Режим доступу: http://mypractic.ru/urok-2-plata-arduino-
uno-r3-opisanie-xarakteristiki.html
12. Rasberry Pi 4 – мини-компьютер с USB 3.0, Gigabit Ethernet и до 4 Гб DDR4
– Режим доступу: https://micro-pi.ru/raspberry-pi-4-model-b-rpi-4-b-bcm2711/
13. Расчёт резистора для светодиода – Режим доступу:
http://www.casemods.ru/services/raschet_rezistora.html
14. Плата расширения Arduino WiFi Shield – Режим доступу:
http://arduino.ru/Hardware/ArduinoWiFiShield
15. Возможности подключения Wi-Fi модуля ESP8266 к Arduino – Режим
доступу: https://arduinoplus.ru/podkluchenie-wi-fi-modulya-k-arduino/
16. Цифровые входы-выходы – Режим доступу:
https://alexgyver.ru/lessons/digital/