Розробка мобільного пристрою для збирання та зберігання даних

Любчик, Ярослав Сергійович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8277

Title:	Розробка мобільного пристрою для збирання та зберігання даних
Authors:	Гончаров, Артем Володимирович Любчик, Ярослав Сергійович
Keywords:	мобільний пристрій;драйвери двигуна;Wi-Fi мережа;маршрутизатор;моделювання;Blynk
Issue Date:	2021
Abstract:	Робота присвячена проєктуванню й розробці мобільного пристрою для збирання та зберігання даних з використанням сучасних компонентів. Основними перевагами даного пристрою є його мобільність, яка забезпечується завдяки використанню сферичної структури, яка, своєю чергою, забезпечує простоту в управлінні, швидкість та маневреність. Також перевагою є управління, яке відбувається завдяки використанню Wi‑Fi мережі та хмарного сервісу Blynk.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8277
Appears in Collections:	172 Електронні комунікації та радіотехніка (Радіотехніка та робототехнічні системи)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
М_172_ТК_Любчик_Гончаров.pdf Restricted Access		3.17 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ І РОБОТОТЕХНІКИ
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІЧНИХ І ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ ТА
КІБЕРБЕЗПЕКИ

Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи
магістр
(освітній ступінь)

на тему Розробка мобільного пристрою для збирання та зберігання даних

Виконав: студент 1 курсу, групи ТК-006
спеціальності
172 «Телекомунікації та радіотехніка»
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)
(освітня програма – «Телекомунікації»)
Любчик Я.С.
(прізвище та ініціали)
Керівник Гончаров А.В.
(прізвище та ініціали)
Рецензент Протасов С.Ю.
(прізвище та ініціали)

Черкаси – 2021 року

ЗМІСТ
ВСТУП 5
РОЗДІЛ 1. ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ ТА ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ РІШЕНЬ 7
1.1. База даних 7
1.2. Система управління базами даних 8
1.3. Як дані зберігаються в базі даних 10
1.4. Обробка даних в світі 13
1.5. Занепокоєння щодо вторгнення в особисту інформацію 13
1.6. Визначення, що таке роботи 16
1.7. Промисловий робот 17
1.8. Автоматичні керовані транспортні засоби (AGV) 18
1.9. Взаємодія людина-машина 26
1.10. Безпека людей та інформації 28
1.11. Історія роботів 30
1.12. Типи приводів та особливості керування роботами 33
1.13. Види захватних механізмів 34
1.14. Види датчиків та їх особливості 36
1.15 Особливості руху роботів 38
РОЗДІЛ 2. РОЗРОБКА СТРУКТУРОНОЇ СХЕМИ МОБІЛЬНОГО ПРИСТРОЮ
ДЛЯ ЗБИРАННЯ ТА ЗБЕРІГАННЯ ДАНИХ 40
2.1. Розробка структурної схеми пристрою 40
2.2. Проєктування зовнішнього та внутрішнього корпусу робота 43
РОЗДІЛ 3. РОЗРОБКА ДИСТАНЦІЙНОГО КЕРУВАННЯ НА ПЛАТФОРМІ
ARDUINO ТА СИСТЕМИ ЗБИРАННЯ ТА ЗБЕРІГАННЯ ДАНИХ 47
3.1. Що таке Arduino 47
3.2. Різновиди плат Arduino 50
3.3. Яка різниця між Arduino та мікроконтролером 55
ТК06.021139.001 ПЗ
Зм н. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Любчик Я.С. Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Гончаров А.В. Розробка мобільного пристрою для 3 93
Реценз. Протасов С.Ю. збирання та зберігання даних
Н. Контр. ЧДТУ 2021
Затверд.

3.4. Історія Arduino від початку та до сьогоднішнього дня 60
3.5. Програмування Arduino 64
3.6. Налаштування основних компонентів для системи збирання та зберігання
даних 65
3.6.1 Підключення Wi-Fi модуля 65
3.6.2 Контролер моторів рухомої частини 67
3.6.3 Система збирання та зберігання даних 70
3.6.4 Моделювання бази даних 71
3.6.5 Зовнішня рухома частина 77
РОЗДІЛ 4. НАЛАШТУВАННЯ ДИСТАНЦІЙНОГО УПРАВЛІННЯ ТА СИСТЕМИ
ЗБИРАННЯ ТА ЗБЕРІГАННЯ ДАНИХ 78
4.1. Створення програмного коду для дистанційного управління 78
4.2 Налаштування системи збирання та зберігання даних 83
4.3 Налаштування бази даних для подібних систем 83
4.4 Використання хмарного сервісу Blynk 86
ВИСНОВКИ 90
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 91

ТК06.021139.001 ПЗ
Зм н. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Любчик Я.С. Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Гончаров А.В. Розробка мобільного пристрою для 4 93
Реценз. Протасов С.Ю. збирання та зберігання даних
Н. Контр. ЧДТУ 2021
Затверд.

ВСТУП

На сьогоднішній день використання роботів стало доволі популярним як для
промислових підприємств, так і для повсякденного життя. Їх використовують
майже в усіх галузях від будівництва космічних шатлів до розумних чайників.
Роботи поділяються на різні категорії, мобільна робототехніка є одним з них.
Вона була створена з ціллю розробки та проєктування робототехнічних систем в
компактних розмірах. В подібних системах використовуються складні електричні
схеми унікального типу які придназначені тільки для нього. Також в системах
використовують унікальну мову програмування, нерідко створюють її з нуля.
Найпопулярніший вид використання мобільної робототехніки - це прилади
придназначені саме на продовольчий ринок, що використовуються в усіх галузях.
Одними з таких є: медичні (автоматизовані хірургічні роботи), побутові (від
чайника до холодильника), промислові (ковально-пресовий, пакетувальний чи
зварювальний робот), дослідні (марсохід чи лунохід), бойові (безпілотники) та
ігрові (бездротові машинки, роботи тощо).
Будь-яка система складається з даних які потрібно опрацювати і зберігати в
себе в пам’яті для майбутньої роботи та покращення системи при використані IoT
систем. Які для своєї роботи постійно збирають дані з різноманітних датчиків та
класифікують їх для швидкого доступу. Саме такі системи придназначені для
збирання та зберігання даних з метою їх майбутніх покращень.
Кожному пристрою побудованому на електронній базі потрібне програмне
забезпечення(операційна система) яка створена спеціально для неї. Для управління
цією системою використовують різні способи. Одним з них є дистанційне
управління.
З розвитком технологій 5G покоління сучасні системи стають все швидше й
точніше передавати зображення та тактильну віддачу. Таким способом дистанційне
керування любим приладом навіть за океаном буде займати пару мілісекунд.
Прикладом такої системи є Wi-Fi мережа 6-го покоління, яка була спеціально
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
5
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

розроблена для швидкісної передачі даних без затримок. Тому вони мають велику
популярність при низькій затраті енергії та швидку передачу даних, що і робить її
найпопулярнішим стандартом на сьогоднішній день.
Метою даної кваліфікаційної магістерської роботи є: розробка мобільного
пристрою для збирання та зберігання даних для якого потрібно створення
бездротової системи управління та системи збирання і зберігання даних. Пристрій
побудований на платі Wemos D-mini і має ряд особливостей та цікавих
конструкторських рішень, а саме унікальна будова для сферичного корпуса. Для
досягнення цієї мети були поставлені такі завдання: розробка конструкції робота,
програмування контролера, створення системи збирання та зберігання даних а
також розробка програмного забезпечення для роботи з приладом.

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
6
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

РОЗДІЛ 1. ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ ТА ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ
РІШЕНЬ

Перш ніж перейти до розглядання системи збирання та зберігання, потрібно
зрозуміти, що таке база даних, тому краще розуміти, з якими «даними» має справу
база даних.
Дані відносяться до фактів або цінностей, зібраних з реального світу за
допомогою таких засобів, як просте спостереження або вимірювання. Номер у листі
очікування банку, повідомлення KakaoTalk, надіслане другом, або вміст меню в
ресторані, в якому ви пішли на обід, — усе це може бути даними. Однак не всі ці
дані корисні. Чи можуть дані бути корисними, залежить від ситуації, користувача
тощо.
Серед цих даних інформація, яка надає значення особам, які приймають
рішення, у вигляді організованих і систематизованих даних, називається
інформацією.

1.1 База даних
База даних (БД; DataBase) була створена шляхом поєднання двох слів «Дані»
та «База». Дані відносяться до даних як «інформації», як обговорювалося вище.
Іншими словами, можна побачити, що це означає «те, що користувачі повинні
пам’ятати», оскільки це важливе та корисне серед численних даних. База – це
об’єкт, коли йдеться про військовий штаб США Йонгсан і саме його називають
«база».
Також можна сказати, що базу даних можна розглядати як набір даних, які
необхідно запам’ятати. Але те, що дані збираються, не означає, що всі є базою
даних...
Якщо думати про базу реальності, то не кожен може потрапити в базу. На базу
можуть потрапити лише ті, хто відповідає системі та стандартам. Так само база
даних може містити лише дані, які відповідають стандартам, встановленим базою
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
7
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

даних, а її можна назвати лише місцем, де пов’язані дані збираються відповідно до
стандартів.
З усіма цими значеннями книга визначає базу даних як набір операційних
даних, що зберігаються після інтеграції та систематичної організації даних, щоб
вони могли спільно використовуватися кількома прикладними системами в
організації.

1.2 Система управління базами даних
Система управління базами даних (СУБД; DataBase Management System)
буквально відноситься до системи (програми), яка керує базами даних.
Відповідальний за створення бази даних, методу доступу, процедуру обробки,
безпеку, фізичну структуру тощо, систематично керує, шукає та використовує
великі обсяги даних.
Існують інші способи, крім використання бази даних для зберігання даних на
комп’ютері. Типовим прикладом є файлова система, така як відео, документи,
музика тощо... Ви можете створювати, переглядати, змінювати та видаляти дані
різного вмісту за допомогою різних типів файлів.
Проблеми виникають при використанні файлів для зберігання даних
декількома людьми. Типові проблеми включають залежність і надмірність даних.
Залежність даних відноситься до взаємозалежності між даними і додатками.
Щоб отримати доступ до файлу, потрібна відповідна програма, яка може його
відкрити. Наприклад, щоб відтворити файл mp3, потрібна програма медіаплеєра, а
для відкриття файлу Excel потрібна програма Excel, встановлена на вашому
комп’ютері. Якщо той самий вміст записано в таблицю та збережено як корейський
файл, його не можна відкрити як файл Excel через залежність даних.
Таким чином, залежність даних викликає наявність кількох файлів різних
форматів для різних програм, навіть для одних і тих самих даних. Крім того, якщо
комп’ютер, на якому ви зберігаєте файли, відрізняється, вам потрібно буде
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
8
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

скопіювати файли на свій комп’ютер і використовувати їх. У вас буде дві частини
даних з однаковим вмістом.
Створення кількох файлів з однаковим вмістом називається надлишковістю
даних, і коли дані дублюються, місце для зберігання витрачається даремно, а при
зміні чи оновленні даних це дуже неефективно, оскільки весь змінений вміст має
відображатися одночасно.
Таким чином, бази даних і системи управління базами даних (далі – СУБД)
були введені для того, щоб даними могли ділитися багато людей.
Завдяки впровадженню баз даних і СУБД стає можливим обмін даними, а
дублювання можна звести до мінімуму. Усунення надмірності полегшує
узгодження даних з бездоганною та точною цілісністю. Крім того, можна
підвищити безпеку, запровадивши аутентифікацію та авторизацію щодо того, чи
можна отримати доступ до даних.
За простою аналогією сама база даних відіграє лише роль складу, який може
зберігати вантаж (дані), і не має можливості завантажувати вантаж або обробляти
завантажений вантаж. З цієї причини менеджерів СУБД наймають для виконання
різних завдань, таких як навантаження та переміщення вантажів, наприклад,
кранів.
Найбільш широко використовуються реляційні бази даних (RDBMS). І була
створена стандартна мова для використання цієї реляційної бази даних, якою є
SQL. Абревіатура від мови структурованих запитів. У минулому реляційні бази
даних вважалися синонімами баз даних, але сьогодні існує багато інших типів баз
даних. Такі нереляційні бази даних називають NoSQL. Досить грайливий вираз
бази даних, яка не використовує SQL. Звичайно, у кожного є своє офіційне ім’я.
Тип об’єкта, тип документа, тип стовпця тощо.
Операції SQL, створені для використання реляційних баз даних, корисні
багатьма способами, якщо їх вивчити. Завдання, які займають більшу частину
роботи, яку виконують комп’ютери, – це сортування та пошук, а база даних
найбільш професійно справляється з цими двома завданнями. У разі обчислення за
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
9
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

допомогою комп’ютера частка напрочуд низька в порівнянні зі сортуванням і
пошуком. Насправді цей процес є розрахунком.
Останнім часом привертають увагу дослідники даних, які спеціалізуються на
обробці даних за допомогою сортування та пошуку в базах даних, таких як SQL.
Іноді є люди, які кажуть, що набагато простіше, ніж БД, якщо ви не запускаєте
БД інтенсивно і зберігаєте кожну з них як файл. Однак у випадку з файлами він
простіший і має менші витрати, ніж БД, при виконанні простих завдань, але при
виконанні таких завдань, як створення дошки оголошень, він значно відстає від БД.
Завдяки індексації та багатопотоковій роботі він швидше файлів, а БД може
справлятися із завданнями, які слід обробляти кількома рядками у файлі лише з
одним рядком, тому для повномасштабної роботи рекомендується
використовувати БД.
Організації все частіше будують сховища даних (СД) для управління
неформальними даними.
Звісно, є і мінуси. Побудова та експлуатація бази даних на початку коштує
багато грошей і ресурсів, а також вимагає багато освіти та уваги для використання
та підтримки СУБД, щоб потім не пошкодити дані в базі даних. Тому можна
сказати, що від ситуації залежить, добре чи погано вводити СУБД ієрархічна
структура бази даних[1].

1.3 Як дані зберігаються в базі даних
Спочатку розглянемо, як комп’ютери зберігають дані.
Комп’ютери мають невеликі комірки, і вони запам’ятовують стан по-різному
залежно від того, увімкнене чи вимкнене . Найменша одиниця стану, яку
запам’ятовує комп’ютер, називається бітом.
Три комірки можуть представляти вісім станів, і ці вісім бітів називаються
байтом.
Якщо зібрати кілька байтів, можна запам’ятати літери чи цифри. Область для
зберігання певних типів даних, наприклад цифр чи літер, називається полем.
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
10
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Коли поля збираються, воно стає записом, а коли записи – файлом.
А база даних, яка логічно з’єднує ряд пов’язаних файлів, щоб необхідні
частини можна було знайти та правильно використовувати, називається базою
даних.

Абстракція бази даних
Користувач може отримати доступ до даних, що зберігаються в базі даних,
через СУБД, але в цьому процесі немає необхідності знати складну структуру бази
даних. Користувачів цікавить лише те, як швидко та легко отримати дані. З іншого
боку, з точки зору бази даних, вас може зацікавити, як зберегти дані в безпеці та
без помилок.
Таким чином, інтереси користувачів і фізична структура бази даних
абсолютно різні, і частини того, що вам потрібно знати, і частини, які вам не
потрібно знати, поділяються відповідно до цих інтересів. Ми не розкриваємо
частини, які нам не потрібно знати, що називається «абстракцією».
Типовим прикладом реалізації абстракції бази даних є 3-рівнева архітектура
бази даних ( архітектура ANSI/SPARC). Як випливає з назви, ця структура ділить
базу даних на три етапи, і кожен етап має схему, яка конкретно описує структуру
та обмеження даних, що складають базу даних.
Зовнішній рівень
Зовнішній рівень (або рівень перегляду) є найбільш абстрактним шаром і є
шаром, до якого мають доступ окремі користувачі або програми. Користувачі
можуть створювати зовнішні схеми за допомогою представлень або запитів SQL.
У цей час зовнішня схема може бути створена або використана з концептуальної
схеми, розташованої на нижньому рівні, тому її ще називають підсхемою. З однієї
концептуальної схеми можна створити декілька підсхем.

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
11
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Концептуальний рівень
Концептуальна схема існує на концептуальному рівні. Концептуальна схема,
яку також називають логічною схемою, визначає, які дані слід зберігати і які
відносини між даними.

Внутрішній рівень
Внутрішній рівень – це шар, який піклується про те, як насправді зберігаються
дані, і має внутрішню схему. Оскільки внутрішня схема описує фізичну структуру
зберігання бази даних, її також називають фізичною схемою.

Незалежність даних
База даних, розділена на цю трирівневу ієрархічну структуру, має
незалежність даних. Незалежність даних відноситься до властивості, що зміни в
конкретній схемі не впливають на визначення високорівневої схеми.
Наприклад, коли до бази даних додаються нові дані або поля
додаються/вилучаються, це не впливає на частини програми, які ви
використовуєте, які безпосередньо не пов’язані з вашим представленням.
Властивість, що зовнішня схема (підсхема), що існує на верхньому рівні, не зазнає
впливу, навіть якщо логічна схема змінюється, називається логічної незалежністю
даних. Крім того, для підвищення продуктивності системи управління базами
даних бувають випадки, коли змінюється система або змінюється структура
фізичної схеми. У цей час, навіть якщо фізичну схему буде змінено, концептуальна
схема або програма, яку використовує користувач, не зазнають впливу. Ця
властивість називається фізичною незалежністю даних.
Ця незалежність даних можлива завдяки відображенню (або відображенню),
яке органічно пов’язує кожну ієрархічну структуру. Навіть якщо конкретну схему
змінено, вміст схеми іншого шару не потрібно змінювати шляхом повторного
відображення. На закінчення, якщо незалежність і відображення виражаються
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
12
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

разом у структурі відповідно до рівня абстракції даних, це можна підсумувати
наступним чином[2].

1.4 Обробка даних в світі
У 2015 році в США вже сформувався ринок вартістю 38 мільярдів доларів. На
вітчизняному ринку перенасичена лише область збору даних, натомість погана
платформа управління послугами (SMP), область обробки даних та область
інтеграції даних.
Проте проблема в тому, що обробка великих даних має ознаки занепаду без
значних досягнень вітчизняної промисловості. Іншими словами, скарги індустрії
даних полягають у тому, що вони витрачають час, оскільки не можуть зрозуміти
поточний стан використання даних і отримати уявлення.
Серед ІТ-операторів Samsung SDS запустила «Brightics AI», а SK C&C
запустила платформу, здатну до збору, аналізу даних та моделювання AI, під
назвою «AccuInsight+», але рівень частки ринку рішень для обробки даних ще
невідомий.

1.5 Занепокоєння щодо вторгнення в особисту інформацію
Зрозуміло, що позбавлення свободи залишатися анонімним або діяти
анонімно, якщо це необхідно, не є проблемою, яку можна компенсувати
збільшенням зручності або виробництвом економічної цінності. Хоча це зазвичай
погано визнається, право на анонімне переховування є не лише питанням
приватності, але й основою демократії. Ми опираємося на групу, а не як окремі
особи. І це набагато краще протистоїть натовпу. Тому залишати особисту
інформацію беззахисною перед гонитвою компаній за прибутками та бажанням
контролювати інформаційну владу – це катастрофа, яка з коренів струшує людське
існування в сучасному індустріальному суспільстві.
Оскільки ми багато років шпигували за громадськістю, мільйони людей
добровільно розкрили своє місце проживання, релігійні та політичні погляди,
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
13
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

упорядкований список друзів, адреси електронної пошти, номери телефонів, сотні
своїх фотографій та інформацію про те, що не дивно, що ви це робите. Це була мрія
ЦРУ.
Зауваження заступника директора ЦРУ Крістофера Сартінського в
американській сатиричній пресі. Однак це не реальна людина. Його імені немає в
англійській Вікіпедії списку колишніх заступників директора ЦРУ. Вигаданий
персонаж, який виглядає сатиричним у пресі.
Чоловік середніх років прийшов до американської мережі супермаркетів
Target і протестував. Це пов’язано з тим, що в оголошеннях, які доставляли його
доньці, як рекомендовані продукти, були вказані лише продукти для вагітних.
Співробітник вибачився перед чоловіком, який не заохочував його незаміжню
доньку завагітніти, і протестував, чому супермаркет так робить. Але наступного
дня чоловік зателефонував у супермаркет і вибачився перед працівницею. Дочка
старшокласниця була вагітна. Великі дані – це те, що повідомило компанії про
вагітність дочки, про яку батько навіть не знав. Цей анекдот був представлений у
статті в New York Times, і з тих пір він часто згадувався як один із прикладів, які
використовуються під час обговорення корисності та небезпеки великих даних
одночасно.
Великі дані часто згадуються у зв’язку з «Великим братом» Джорджа Оруелла.
У разі плутанини, великі дані – це технічне ім’я, пов’язане з базою даних, а Big
Brother – це незаконна система соціального спостереження за державною владою.
Технологія аналізу, прогнозування та керівництва людей, які використовують
великі дані, розвивається з кожним днем. У антиутопії, де люди контролюються
руками диктатури, великі дані слугуватимуть основою для ефективного
моніторингу, оцінки та керування людьми. Навіть зараз, коли великі дані, які
називаються «владою даних» та «інформаційною владою», потрапляють у руки
абсолютної влади і постійно отримують інформацію від людей, стає можливим
фактично повний контроль над суспільством. Серед експертів з даних існує вислів,
що «великі дані є більш інформативними, ніж найздібніше гестапо». Навіть якщо
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
14
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

ви не диктатор, нерідко купити особисту інформацію у приватних компаній є
доволі просто. Також надсилаються тексти на вибори в Кореї, а британська
компанія отримує особисту інформацію 50 мільйонів людей через Facebook. Як
ним користуватися, повністю залишається на розсуд тих, хто володіє інформацією.
Оскільки ми живемо в суспільстві, де кількість даних зросла, безумовно,
фатальна слабкість великих даних може призвести до проблем порушення
конфіденційності або витоку особистої інформації. Facebook/Полеміка та проблеми
також добре написані. Крім того, проблема полягає в тому, що немає професійних
кадрів для управління даними, які вибухають настільки, що суспільство не може з
ними впоратися. Якщо компанія, яка аналізувала дані, збанкрутує, питання в тому,
куди йдуть дані. І навпаки, існує ймовірність того, що інформація може надходити
в інші місця, а приватні компанії чи організації можуть захищати та
використовувати інформацію, яку можна детально проаналізувати. Через це деякі
навіть пропонують так звану «дієту даних».
У великих даних пріоритетом є збір великої кількості даних, і з цієї причини
потрібно багато згоди на використання особистої інформації. Чим більша компанія,
тим більше особистої інформації можна отримати, і цей розрив не зменшується.
Іншими словами, великі компанії та лідери мають величезну перевагу. «Що
потрібно надати, тому що кому подобається» повністю базується на особистих
даних, тому запізнілі, які не мають цього, не можуть нічого зробити. Це, як правило,
форма, близька до монополії даних. Це серйозна проблема для компаній, оскільки
противники регулювання великих даних кажуть, що монополія через домінування
даних прискорюється.
Ви не повинні бути пильними, збираючи особисту інформацію, яка не може
бути ідентифікована (де-ідентифікація). Ідентифікувати конкретну особу за статтю,
віком, національністю, уподобаннями тощо, отриманих від різних компаній
(переідентифікація), неважко. Зокрема, оскільки в Кореї є реєстраційний номер
резидента, наголошується, що не є безглуздим реконструювати особу за допомогою
такої перфорованої інформації. Більше того, оскільки кількість особистої
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
15
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

інформації, яка вже витік, є величезною, легко зібрати детальну особисту
інформацію людини, навіть якщо це не особиста інформація, що належить
компаніям.
Особиста інформація, така як переміщення особи, може бути ідентифікована
за допомогою пристрою для збору інформації без згоди, такого як
відеоспостереження, і обмежень на це недостатньо.
У книзі професора Ім Те Хуна «Свобода, яку не потрібно обшукувати»,
закликає до обережності проти поширення стереотипних людей, викликаних
великими даними. Крім таких питань, як витік інформації, потрібно буде
переглянути навіть такі філософські аспекти, як людська гідність[3].

1.6 Визначення, що таке роботи
Люди були захоплені керованими машинами з давніх часів. То звідки взялися
робототехніка та роботи? Яким воно було в минулому, і як воно буде виглядати в
майбутньому? Які найважливіші компоненти і як вони працюють? Що таке роботи
і що таке нанороботи? Наскільки розумним може бути робот? Чи можуть роботи
мати емоції чи навчатися соціальної поведінки? У цій статті ми розглянемо важливі
моменти робототехніки як технології, яка повністю змінить майбутнє людства.
Робототехніка – це галузь техніки та науки, яка включає машинобудування,
електротехніку, комп’ютерну техніку тощо. Робототехніка включає комп’ютерні
системи для проектування, складання, експлуатації, використання та керування
роботами, датчиків зворотного зв’язку та обробки інформації роботів. Робот – це
машина, яка взаємодіє з фізичним світом за допомогою датчиків, виконавчих
механізмів та обробки інформації. Виробничий сектор є основним сектором, де
використовуються роботи, а саме в «Індустрії 4.0», де використовуються
промислові роботи.

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
16
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Застосування та переваги роботизації
Спеціалізовані роботи стають все більш важливими. Багато секторів
промисловості замінюють або доповнюють традиційних промислових роботів
роботами для співпраці. Робот – це машина, яка співпрацює з людьми у
виробничому процесі і не відокремлена від людських працівників за допомогою
захисних пристроїв, як звичайні промислові роботи. У порівнянні з традиційними
промисловими роботами, роботи для спільної роботи компактні, гнучкі та прості в
програмуванні.
Роботи допомагають, а не замінюють людей. Прикладом є Paradigm Electronics
в Канаді. За допомогою Роботів компанія збільшила продуктивність на 50
відсотків, і ніхто не втратив роботу. Співробітники працюють у новостворених
сферах, таких як програмування машин або контроль якості після автоматизованих
виробничих процесів. На думку експертів Boston Consulting Group, в майбутньому
використання роботів дозволить підвищити продуктивність на одного працівника
до 30 відсотків[4].

1.7 Промисловий робот
Промислові роботи – це програмовані машини, які використовуються для
збирання та обробки продуктів у промисловому середовищі. Промислові роботи
здебільшого складаються з роботизованих рук, захватів і різних датчиків і блоків
управління, здатних автономно виконувати завдання, на які вони запрограмовані.
Використання промислових роботів у всьому світі значно зросло за останні кілька
років. У 2018 році на 10 000 співробітників використовувалося в середньому 66
роботів, сьогодні їх кількість зросла до 74. Середня щільність використання роботів
становить 99 у Європі, 84 у США та 63 в Азії.
Згідно зі статистикою Міжнародної федерації робототехніки (IFR), в якій
беруть участь асоціації роботів з усього світу, у 2019 році США використовували
31 500 промислових роботів, що є рекордним показником. Це на 15 відсотків
більше, ніж у 2018 році. У 2019 році в усьому світі було використано близько 290
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
17
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

000 промислових роботів, що на 14 відсотків більше, ніж у 2018 році. Ця тенденція
збережеться і в майбутньому. Очікується, що протягом наступних кількох років
середньорічний приріст становитиме 12 відсотків.

Промислові роботи в автомобільному секторі
В автомобільному секторі роботи відіграють важливу роль в автоматизованих
виробничих процесах протягом понад 50 років, роблячи робочі процеси
ефективнішими, безпечнішими, швидшими та гнучкішими. У 1961 році General
Motors представила у свій виробничий процес першого промислового робота під
назвою Unimate. Цей робот використовувався для переміщення деталей, відлитих
під тиском. У Німеччині промислові роботи були вперше використані на заводі VW
у Вольфсбурзі в 1973 році. Робот, розроблений компанією самостійно і названий
співробітниками «Роббі», був запущений у виробничий процес Passat. Згідно зі
статистичним опитуванням Міжнародної федерації робототехніки (IFR),
автомобільна промисловість США використовувала понад 17 600 промислових
роботів у 2019 році, що на 43% більше, ніж у 2018 році[5].

1.8 Автоматичні керовані транспортні засоби (AGV)
AGV – це безпілотні транспортні засоби, що керуються самостійно та
автоматично. AGV в основному використовуються для транспортування матеріалів
на виробничих підприємствах. Завдяки використанню AGV традиційні конвеєрні
стрічки, які займають багато місця, перетворилися на дуже гнучке рішення, яке
економить простір. Склади – це ще одне місце, де популярні AGV. Тут різні
продукти можуть бути переміщені у визначене місце для пакування для обробки.
Ці типи роботів зазвичай можуть рухатися зі швидкістю 1-2 метри в секунду і
можуть переносити вантажі до 2000 кг. AGV можуть відрізнятися за джерелами
живлення, завданнями, навігацією та маршрутизацією тощо. Живлення може
здійснюватися за допомогою кабелів (на рейках AGV), через самі рейки або від
батареї. Акумулятори можна робити як через індукційну зарядну пластину, так і на
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
18
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

зарядній станції. Ви також можете змінити акумулятор на зарядній станції. Залежно
від роботи або робочого місця, AGV може переміщувати піддони як вилочний
навантажувач, буксирувати причіп як трактор або переміщувати ящики або пакети,
як вантажівка. AGV також можуть використовувати лазери для навігації. Ви
можете відскакувати етикетку, прикріплену до певного місця, і розпізнати наступне
місце призначення. Ви також можете використовувати оптичну навігацію з
розпізнаванням кольорів. AGV також можна керувати за допомогою антени або
рейки. Найбільш гнучкими є автономні AGV, які сканують своє оточення і
створюють з них віртуальні карти. Це може попередити інші AGV про наявність
перешкод і створити оптимальний транспортний маршрут. AGV переміщуються за
допомогою від одного до чотирьох активних ведучих коліс, залежно від робочого
місця та необхідних потреб у перевезенні[6].

Сервісний робот – це робот, який надає послуги людям. Сервісних роботів
можна розділити на особистих і професійних. Для особистого користування є
пилососи та роботи газонокосарки. Різні типи сервісних роботів включають:

Домашній робот
Рутинні справи, такі як стрижка газону, пилососи та миття вікон, можуть
виконуватися роботами. Люди можуть значно заощадити час і роботу. Згідно з
дослідженням Німецької федеральної асоціації інформаційних технологій Bitkom,
із понад 1000 опитаних 42 відсотки заявили, що хотіли б використовувати роботів
вдома. Більше 80% хотіли б допомогти з пилососом або прибиранням підлоги, а
41% хотіли б, щоб робот допомагав у садівництві. А 15 відсотків респондентів
сказали, що у них вдома вже є робот.
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
19
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 1.1 Різні домашні роботи

Охоронний робот
Хоча питання захисту даних і безпеки даних слід враховувати, 49 відсотків
респондентів згаданого вище опитування Bitkom заявили, що вони готові
дозволити роботам охороняти їхні будинки. Роботи-охоронці охороняють дім, коли
члени сім’ї перебувають у відпустці, у відрядженні або їдуть на роботу. Цими
роботами можна керувати за допомогою програми через інтернет-з'єднання. Якщо
робот виявляє дивний рух, він надсилає сповіщення на смартфон. Він записує HD-
відео за допомогою вбудованої камери та має функцію двостороннього аудіо-
домофону.

Рисунок 1.2 Охоронні роботи

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
20
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Готельний робот
Південнокорейська компанія LG Electronics представила нову серію роботів
під назвою CLOi на CES 2018 у Лас-Вегасі. Цей сервірувальний робот подає гостям
закуски та напої. Ці роботи можна цілодобово використовувати в аеропортах,
вокзалах, готелях тощо. Робот розносить їжу на підносі та подає її, щоб клієнти
могли її забрати. Після обслуговування клієнтів він автоматично повертається на
станцію технічного обслуговування для поповнення та обслуговування знову.

Рисунок 1.3 Готельний робот

Роботи в сільському господарстві
Сільське господарство – ще одна сфера з великим потенціалом для
робототехніки. Зараз триває пілотний проект з оптимізації процесу збирання
огірків за допомогою комбайна, оснащеного роботизованою рукою та
мультиспектральною камерою. Для посіву невеликий висівний робот, керований
планшетом, висіває насіння та записує всю важливу інформацію. Безпілотник
можна використовувати для моніторингу росту культур і бур’янів, а також, якщо
необхідно, функцію розпилення.
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
21
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 1.4 Сільськогосподарський робот

Терапевтичний робот
Роботи можуть бути використані для допомоги в лікуванні, що може
допомогти реабілітувати пацієнтів, які перенесли інсульт або неврологічне
захворювання. Люди з обмеженими можливостями знову вчаться ходити та
підніматися по сходах за допомогою тренажерів. Один робот може виконувати
роботу двох терапевтів. Під час реабілітаційного навчання пацієнти отримують
безпосередній зворотній зв’язок. Носимі роботи, такі як екзоскелет, дозволяють
паралізованим пацієнтам ходити самостійно: «Дозвольте роботу зробити крок,
просто перемістивши вагу пацієнта».

Рисунок 1.5 Терапевтичний робот

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
22
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Хірургічний робот
Роботи також використовуються в операційних. В операційній роботи
допомагають у малоінвазивній хірургії як точні помічники, а не як замінники
лікаря. Замість використання хірургічних інструментів, таких як хірургічні ножиці
або щипці, лікар безпосередньо керує роботом за допомогою консолі, наприклад,
джойстика та ножної педалі. Використання хірургічних роботів не тільки скорочує
час операції, але й зменшує пошкодження тканин пацієнта. Ризик через людську
помилку мінімальний.

Рисунок 1.6 Хірургічний робот

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
23
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Іграшковий робот
Собака-робот Sony, Aibo, – це розважальний робот, випуск якого був
припинений у 2006 році та перевипущений у 2017 році з новою версією. Aibo
сприймає оточення за допомогою двох камер і мікрофона. Дані, отримані таким
чином, оцінюються навчальною програмою, що дозволяє цьому роботі-собаці
розвивати особистість. Поряд з Айбо Роберта також класифікується як іграшковий
робот. Цей робот вивчається "Фраунгофером - Інститутом інтелектуального аналізу
та інформаційних систем". Щоб надати дітям ігровий підхід до технологій та
викликати інтерес до розробки та програмування роботів, лабораторія
використовує спеціалізованих роботів з 2002 року.

Рисунок 1.7 Іграшкові робот

Гуманоїдний робот
Гуманоїдні роботи – це роботи, створені так, щоб бути схожими на людей.
Положення і рух суглобів створюється шляхом імітації рухових нервів людини. Це
також підтверджує той факт, що робот-гуманоїд ходить прямо на двох ногах.
Найважливішою темою досліджень і розробок гуманоїдних роботів є штучний
інтелект (ШІ).
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
24
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 1.8 Гуманоїдний робот

Штучний інтелект (AI)
Як і в науковій фантастиці, розвиток гуманоїдних роботів розглядається як
основа для руху до людиноподібного ШІ. ШІ заснований на ідеї, що це не те, що ви
можете зробити програмно, а що він складається з процесу навчання. Тому роботи
можуть розвивати штучний інтелект лише в тому випадку, якщо вони активно
беруть участь у суспільному житті. Однак для того, щоб робот міг активно брати
участь у соціальному житті, наприклад у спілкуванні, форма, рух і сенсор робота
повинні бути визнані та прийняті як рівноправні особистості.

Рисунок 1.9 Представлення штучного інтелекту

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
25
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Гуманоїдний робот, який діє як багатогранний помічник
Джозі Пеппер – робот, який рухається на роликах, а не на ногах, має маленький
голос і круглі очі, які блищать, допомагає пасажирам в аеропорту Мюнхена,
Німеччини. Аеропорт Мюнхена у співпраці з Lufthansa вперше пілотує
гуманоїдних роботів на місці в аеропорту. Джозі надасть вам інформацію,
необхідну для зльоту та приземлення, реєстрації та направить вас до вильоту або
найближчого ресторану. Розроблений французькою компанією Soft-Bank Robotics,
робот підключається до Інтернету через Wi-Fi, тому він може отримати доступ до
хмари для обробки та аналізу розмов та зв’язку з даними аеропорту. Таким чином
Джозі аналізує всі розмови та відповідає на кожне запитання.

1.9 Взаємодія людина-машина
Навіть люди, які не знають програмування, можуть спілкуватися, давати
команди та надавати інформацію роботам природним шляхом. Взаємодія між
людьми і машинами за допомогою голосу, жестів і міміки стає все більш важливою.

Розпізнавання мови
Навіть у епоху розумних динаміків для машин розпізнавати й інтерпретувати
мову в режимі реального часу є дуже складним процесом. Це пов’язано з різними
факторами, включаючи навколишній звук, фоновий шум, гучність, діалект, акцент
та індивідуальний тон. Сучасні машини здатні розпізнавати мови приблизно з 95-
відсотковою точністю.

Розпізнавання руху
Для миттєвого та точного розпізнавання та інтерпретації руху людини
необхідний збір тривимірних даних у режимі реального часу. Дослідники
«Фраунгофера – лабораторії прикладної оптики та точної техніки» працюють над
системою для швидкого запису та обробки 3D-даних. Дві високошвидкісні камери
та одна кольорова камера записують зображення, а професійне програмне
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
26
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

забезпечення перетворює їх у 36 записів 3D-даних за секунду. Вчені також
розробляють програмне забезпечення для навчання на основі нейронних мереж для
систем.

Аналіз виразу обличчя
Ви можете зрозуміти, як відбувається розмова, просто подивившись на їхню
міміку. Розмови між людьми та роботами мають бути такими. Завдяки гнучким
полімерам і серводвигунам роботи, розроблені Hanson Robotics, можуть
демонструвати різноманітні вирази обличчя. Мета – дозволити роботам
здійснювати відповідні взаємодії на основі виразів обличчя людини. Наприклад,
якщо у людини стурбований вигляд, роботам потрібно триматися від неї на
відстані, і якщо вона хоче щось запитати, вони повинні надати інформацію.

Штучні емоції
Наразі тривають дослідницькі проекти, щоб навчити роботів розпізнавати й
розуміти людські емоції та належним чином на них реагувати. Використовуючи
відповідні вирази обличчя та рухи, роботи можуть показувати емоції у відповідь на
людей. Прикладом цього є система навчання Emotisk. Це програмне забезпечення,
яке розробляють дослідники з Університету Гумбольдта в Берліні у співпраці з
Університетською лікарнею Аахена та Університетською лікарнею Кельна,
Німеччина. Програмне забезпечення аналізує таку інформацію, як погляд або вираз
обличчя, і забезпечує відповідний емоційний зворотний зв’язок людям. Ця система
розроблена, щоб допомогти людям з аутизмом розпізнавати емоції інших і
реагувати на невербальні сигнали.

Штучна особистість
Гуманоїдним роботам легко призначити особистості, оскільки їх зовнішній
вигляд схожий на зовнішній вигляд людей, а їхні дії схожі на людські. Насправді,
якби роботи могли імітувати особистості, вони б впливали на взаємодію людини і
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
27
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

машини. Дослідники з Технологічного інституту Тойохасі в Японії розробили
робота, який відстежує очі людини і помічає, коли його увага зменшується. У цих
ситуаціях робот нахиляється вперед, підвищує голос і киває головою. Показуючи
свою індивідуальність, ви змусите іншу людину знову звернути на вас увагу.

Штучний соціальний інтелект
Провести межу між розумними роботами та соціальними роботами все ще
важко або неможливо. Джібо був би прикладом. Jibo – перший соціальний робот,
якого американська компанія продає з кінця 2017 року. За словами компанії це
домашній робот, зростом близько 30 сантиметрів, який любить спілкуватися з
людьми. Ці роботи знають, кого їх власник особливо любить, і легко вписуються в
його соціальне життя. Джібо також має милий шарм і може подарувати вам
несподіване задоволення за допомогою імпровізації, наприклад, легких танців.
Принаймні відповідно до того, що рекламує компанія. Однак у реальному світі цей
соціальний робот мало чим відрізняється від інших розумних систем. Але ціна
набагато дорожча[7].

1.10 Безпека людей та інформації
Роботи стають все більш популярними і використовуються все більше і більше
в кожному аспекті нашого життя. Взаємодія між людьми та машинами створює
можливості та виклики щодо безпеки людей та даних. Вимоги безпеки особливо
важливі при використанні промислових або побутових роботів на робочому місці.

Захист людей
При використанні роботів у промислових умовах люди повинні бути захищені
заходами безпеки на робочому місці. Ці заходи включають достатню безпечну
відстань між людьми та машинами, захисні бар’єри, оптоелектронні бар’єри та
моніторинг за допомогою сканерів. Заходи безпеки також включають здатність
виявляти і належним чином реагувати на зіткнення з об’єктами або людьми та
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
28
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

аварійні вимикачі для роботів. Особливо у випадку з роботами ці заходи абсолютно
необхідні.
Нові промислові роботи використовують інші заходи безпеки. Наприклад,
якщо людина знаходиться в декількох метрах, робот буде функціонувати
нормально. Потім, коли ця людина наближається, робот сповільнюється, коли
досягає певної межі. Потім, коли людина підходить дуже близько і стає на 1 метр
один від одного, робот перестає рухатися.
Для цього в сучасних системах використовується технологія часу польоту
(ToF). Ця технологія використовує систему 3D-камер для вимірювання відстані у
часі прольоту світла. Він використовує модульоване джерело світла для
випромінювання світла в навколишнє середовище. Потім для кожного пікселя
камера вимірює час, необхідний цьому світлу, щоб досягти об’єкта, відобразити
його і повернутися. Ви можете використовувати це для обчислення відстані до
цього об’єкта з кожним пікселем. Для цього також використовуються радарні
датчики. У цьому випадку рух можна виявити за допомогою електромагнітних
хвиль у смузі радіочастот. Крім того, комбінації кількох технологій, що
перекриваються, можуть підвищити безпеку для людей.

Захист даних
Оскільки все більше і більше складних систем підключаються і можуть
взаємодіяти один з одним, важливо захистити їх від крадіжки даних і
фальсифікацій. Маніпулювання файлами конфігурації (зміна зон руху або даних
про місцезнаходження) або маніпулювання кодом (зміна програмування
послідовності), а також маніпулювання зворотним зв’язком робота, наприклад
вимкнення сповіщень, також може бути серйозною загрозою. Ці атаки можуть
призвести до виникнення дефектної продукції, пошкодження роботів або у важких
випадках навіть травмування людей. Для безпеки даних, інтерфейсів і каналів
зв’язку все більше компаній звертаються до зовнішніх програмних рішень.
Використовуючи ці рішення, ви можете захистити від несанкціонованого доступу,
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
29
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

зашифрувавши файли конфігурації та зберігаючи їх у захищеному елементі Secure
Element (SE). Ви також можете використовувати функцію аутентифікації, щоб
запобігти несанкціонованому доступу до центрального процесора. Щоб запобігти
маніпуляціям з кодом, хеш-процеси та перевірка коду можуть використовуватися
для перевірки автентичності переданої команди[8].

1.11 Історія роботів
Багато людей думають, що роботи, або робототехніка, почалася туманно
близько 50 років тому. Коли ви думаєте про робота, ви думаєте про машину з
руками й ногами та приязно усміхненою людською фігурою. Однак люди
століттями захоплювалися машинами, схожими на людей. Тепер давайте
подивимося на деякі важливі віхи в історії еволюції робота.

Одні з перших роботів
Вже в 1 столітті до нашої ери були винаходи, машини та дослідження, про які
можна було б сказати, що вони є предками роботів або робототехніки, як ми їх
знаємо сьогодні. Такою людиною був Герон Олександрійський, грецький
математик та інженер. Його також прозвали Механікус. У книзі під назвою
«Автомати» (книга про машини) він посилається на різних «роботів». Деякі з них
автоматично відкривали двері храму або грали музику. Мабуть, перший розумний
будинок у стародавні часи. На додаток до креслень зброї у формі арбалета,
Механікус також відомий як «еоліпіл» (сфера Еола). Це означає «двигун героя». Це
була перша теплова машина, яку можна назвати початком парової машини. Батько
робототехніки, він спроектував понад 100 роботів і машин.

Леонардо да Вінчі
У 1495 році Леонардо да Вінчі, багатогранний геній і академік, сконструював
першу машину, схожу на людину. «Механічний лицар», який він спроектував, міг
стояти і сидіти. Він також міг підняти шолом, що прикриває обличчя, і енергійно
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
30
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

махати руками. Цей рух реалізовувався за допомогою складної системи шківів і
тросів. Історично не підтверджено, чи справді да Вінчі створив цього робота чи
просто спроектував його. У всякому разі, цей робот-лицар, побудований за планом,
міг бути.

Робот-Електро
Електро було вперше показано на Всесвітній виставці в Нью-Йорку 1939 року.
Висотою понад два метри і вагою близько 120 кілограмів, гуманоїдний робот міг
вимовити близько 700 слів за допомогою фонографа. Крім того, що робот міг
рухати руками і ногами, він також вмів розрізняти різні кольори світла і
викурювати сигару. А на ярмарку наступного року він виступив із персональним
роботом Спарко.

Рисунок 1.10 Робот Elektro
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
31
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Повстання роботів
Термін «робот» вперше з’явився в англійській мові в 1920-х роках у науково-
фантастичній п’єсі під назвою R.U.R. чеського письменника Карела Чапека.
Прем'єра вистави відбулася 25 січня 1921 року. У цій міжнародно успішній п’єсі
машина, що думає про себе, приймає форму людини. Коли ці машини стають
свідомими, вони повстають із рабства. Це кінець людства. На той момент
«Термінатор» вже ставився у виставах.

Революція промислових роботів
Джордж Девол отримав перший патент на промислового робота в 1961 році. У
тому ж році Unimate був представлений на конвеєрі General Motors. Це було
зроблено шляхом з’єднання руки з іншою коробкою до комп’ютерної коробки.
Робот підняв важкі литі деталі з конвеєра і приварив їх до кузова автомобіля. У той
час цей процес був дуже небезпечним для здоров’я людини. На додаток до
небезпеки, яку представляють хімічні речовини, були нещасні випадки, під час
яких працівникам ампутували руки. У Німеччині ера промислових роботів
почалася в 1970-х роках.

Відзначений нагородами багатоцільовий робот
У листопаді 2017 року мюнхенський стартап Franka Emika був нагороджений
німецькою премією Future Award 2017 від президента Німеччини за розробку
недорогого, гнучкого та інтуїтивно керованого робота. Цей легкий робот може
використовуватися в промислових і медичних додатках. Робот реагує на дотик
людини, встановлюючи датчики крутного моменту на з’єднаннях. Цей робот є
дуже ефективним, сучасним роботом за доступною ціною, яка значно нижча за
середню по ринку, що робить його привабливим навіть для малих та середніх
підприємств (МСП)[9].

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
32
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

1.12 Типи приводів та особливості керування роботами
В основному, є два способи керувати роботом. Електродвигун і гідравлічний
привід. Які характеристики двох методів водіння? Чим саме відрізняються ці два
методи?

Електричний двигун
Багато сучасних роботів сьогодні використовують електродвигуни.
Гуманоїдні роботи та маленькі роботи в основному приводяться в дію двигунами
постійного струму, а більшість промислових роботів і верстатів з ЧПУ приводиться
в рух 3-фазними двигунами. Такі двигуни переважні для автоматизованих систем,
де робот повторює той самий рух, наприклад, обертаючи руку.

Гідравлічний привід
Вдосконалені гідравлічні приводи, які використовуються в роботах, діють як
штучні м’язи. З 2014 року розробники в Японії працюють над штучними м’язами,
що складаються з гумових шлангів, волокон, що несуть натяг, і скобок. Ця система
імітує людські м’язи і рухається гідравлічно, а не за допомогою стисненого повітря.
Перевага цих гідравлічних м’язів полягає в тому, що вони дозволяють здійснювати
більш ефективні та делікатні рухи. Крім того, система є більш надійною, ніж
електричний двигун. Робот з гідравлічною системою приводу може витримати
суворі умови, навіть на місцях стихійного лиха.

Етапи керування роботом
Усі роботи керуються в 3 етапи. Пізнання, обробка та поведінка. Більшість
сучасних роботів керуються за допомогою попередньо запрограмованого
програмного забезпечення або алгоритмів навчання. Гуманоїдні роботи та роботи
розпізнають навколишнє середовище та іншу важливу інформацію за допомогою
датчиків. Робот обробляє цю інформацію і передає її як сигнал двигуну. Завдяки
цьому механічні пристрої працюють. Штучний інтелект (ШІ) — це ще один спосіб
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
33
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

визначити, як робот поводиться оптимально в певному середовищі. У межах
взаємодії людини і машини системи керування можна класифікувати за рівнем
автономності таким чином:
Прямий контроль
Людина повністю контролює. Роботом керують дотиком людини,
дистанційним керуванням або за допомогою попередньо запрограмованого
алгоритму.
Дитектор (датчик)
Людина визначає основне положення і послідовність рухів. Потім робот
визначає, як оптимально керувати двигуном у заданому діапазоні.
Напівавтономний робот
Цей тип системи призначає людині приблизне завдання. Потім робот
самостійно визначає оптимальне положення та послідовність рухів для виконання
місії.
Автономний робот
Робот самостійно розпізнає завдання і виконує його самостійно[10].

1.13 Види захватних механізмів
Роботи, які використовуються у виробничих процесах або для переміщення
об’єктів, потребують механічних кінців. Ці кінці доступні в різних дизайнах.

Механічний захват
Найбільш широко використовуваний тип захоплення, особливо для
промислових роботів. Зазвичай вони використовують пневматичні або гідравлічні
системи приводу. Маленький робот з невеликим захватом може здійснювати точні
рухи за розумною ціною за допомогою пневматичного приводу. Системи
гідравлічного приводу використовуються, коли необхідно перемістити важкі
вантажі.

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
34
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Магнітний захват
Магнітні захвати діляться на захвати з постійними магнітами та
електромагнітні захвати. Простіший захват із постійними магнітами захоплюється
постійним магнітом. Звільнення захопленого предмета здійснюється за допомогою
поршня, встановленого всередині постійного магнітного захоплення.
Електромагнітний захват подає постійний струм для створення необхідного
магнітного поля. Він піднімає та опускає предмети, вмикаючи та вимикаючи
електричну енергію.

Клейовий захват
Клейкі захвати використовуються для підняття невеликих предметів, таких як
банки та коробки. Адгезія – це сила притягання, яка виникає через молекулярну
силу між двома поверхнями, виготовленими з різних або ідентичних матеріалів. Ці
речовини можуть бути як твердими, так і рідкими. Роботизовані захвати
переміщують об’єкти, використовуючи силу адгезії рідин або спеціальних клеїв.

Вакуумний захват
Вакуумні захвати можуть піднімати важкі вантажі. Додатковий тиск
навколишнього повітря використовується для притискання об’єкта до
всмоктувальної пластини захоплювача. Важкі предмети, такі як сировина або
автомобільні вікна, можна вакуумно затиснути до присоски. Ці предмети повинні
мати гладку поверхню, щоб адсорбуватись на присоску.

Гуманоїдна рука
Рука людини може виконувати набагато делікатніші рухи в порівнянні зі
звичайними захватами. Прикладом є проект Kanguera, який вивчається в
Університеті Сан-Паулу. Ця робото-рука за формою та розміром схожа на людську.
Він передає сигнали через кабелі та трансформатори, забезпечуючи набагато більш
точні рухи, ніж попередні роботизовані руки[11].
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
35
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

1.14 Види датчиків та їх особливості
Роботи з інтегрованими датчиками сприймають навколишнє середовище
фізично та хімічно і перетворюють їх в імпульси. Це дає змогу, наприклад,
визначити, який об’єкт і де знаходиться. Роботи також можуть використовувати
датчики для виявлення важливих факторів навколишнього середовища, таких як
температура, рух, тиск, світло, вологість тощо. Внутрішні датчики надають таку
інформацію, як швидкість або навантаження, тоді як зовнішні датчики можна
використовувати для взаємодії або навігації. Тепер розглянемо основні типи
датчиків.

Датчик сили/крутного моменту
Датчик сили/крутного моменту є найпопулярнішим типом датчика. Його
можна використовувати в захватах для вимірювання як сили, так і крутного
моменту. Смужки тензометра вимірюють деформацію до мікрометрів. Ці
деформації перетворюються на три компоненти сили та крутного моменту за
допомогою калібрувальної матриці. Датчик сили/крутного моменту включає в себе
цифровий сигнальний процесор для захоплення та фільтрації даних датчика,
обчислення виміряних даних і передачі їх через інтерфейс зв’язку.

Індуктивний датчик
Індуктивні датчики також називають датчиками наближення. Розпізнає
металеві предмети, які потрапляють в зону його дії без прямого контакту. Тому він
підходить, наприклад, для вимірювання кінцевого положення рухомих механічних
пристроїв без тертя. Він випромінює коливальне електромагнітне поле з поверхні
датчика. Тоді будь-який металевий об’єкт в межах діапазону вимірювань поглине
невелику кількість енергії від цього осцилятора. Коли ця передача енергії досягає
певного порогу, ціль розпізнається, і вихід датчика змінює стан.

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
36
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Ємнісний датчик
Ємнісні датчики складаються з двох металевих частин, відокремлених одна від
одної, і можуть розпізнавати як металеві, так і неметалічні матеріали. Вимірювання
проводять безконтактним шляхом зміни ємності електричного конденсатора.
Ємність конденсатора змінюється з відстанню між електродами, тому ми
використовуємо цю вимірювану змінну для вимірювання відстані. Наприклад,
ємнісний датчик можна використовувати, щоб розпізнати, чи знаходиться людина
в певному радіусі від робота.

Магнітний датчик
Магнітний датчик забезпечує безконтактне точне визначення положення, а
магніти також можна виявити за допомогою таких матеріалів, як нержавіюча сталь,
пластик і дерево. Цей датчик використовує феномен гігантського магнітоопору
(GMR). Це явище відбувається в структурах, що складаються із змінних магнітних
полів і немагнітних тонкоплівкових шарів товщиною всього кілька нанометрів.
Через це явище електричний опір цих структур залежить від напрямку
намагнічування магнітного шару. Намагніченість в протилежних напрямках
набагато вище, ніж в тому ж напрямку.

Оптичний датчик
У робототехніці оптичні або візуальні датчики можуть використовуватися для
отримання та аналізу інформації про зображення та відповідних дій чи реакції.
Наприклад, для запису даних використовується одна або кілька камер (2D або 3D)
або сканерів. Оптичні датчики відіграють важливу роль в навігації та навігації в
навколишньому середовищі робота[12].

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
37
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

1.15 Особливості руху роботів
Існує кілька методів, які робот може використовувати для переміщення з точки
А в точку Б. Найпоширенішим способом є використання коліс. Колесами легко
керувати і переміщуватися ними заощаджуючи енергію. Однак у деяких випадках
інші методи пересування можуть бути більш підходящими, наприклад, пересічена
місцевість або коли робот повинен рухатися в обмеженому просторі. У цих
випадках змусити робота рухатися автономно. Робот сам повинен вміти визначати,
як краще рухатися в тій чи іншій ситуації та середовищі.

Рухомий робот
Найпоширеніший спосіб – подорожувати на 4 колесах. Однак одне або два
колеса також можна використовувати для збільшення мобільності робота та
зменшення деталей. Всюдихідні роботи використовують шість і більше коліс.

Робот на рейках
Прикладом цього типу є роботи-годівники, які використовуються у
тваринництві. Контейнери для кормів, змішувальні пристрої та прилади обліку
підвішуються на рейки і переміщуються горизонтально. Живлення подається через
батареї, довгі кабелі або шини живлення. Управління роботом здійснюється за
допомогою технологічного комп’ютера, встановленого в контейнері. Потрібно не
забувати поповнювати корм, перейшовши до спеціального контейнера для
зберігання або змішування.

Ходячий робот
Роботи, які ходять прямо на двох ногах, залишаються проблемою для
розробників. Особливо, коли йдеться про стабільність. Як рішення цього, Honda
розробила алгоритм Zero Moment Point (ZMP). Робот ASIMO використовує цей
алгоритм для пересування на двох ногах. Однак цей робот добре пересувається
лише на плоских поверхнях. Цей робот не підходить для пересування по
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
38
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

пересіченій місцевості. Більш просунутим методом є використання алгоритму
динамічного калібрування. Ця технологія є більш надійною, ніж ZMP. Тому що він
може безперервно стежити за рухами робота і зробити його стійким, щоб звільнити
ноги. Роботи, які використовують цей навик, також можуть стрибати. Іншим
способом є використання ручної механіки. Цей метод може підвищити
ефективність, використовуючи силу руху рукою. Роботи, що використовують цю
технологію, можуть підніматися на пагорби і рухатися в 10 разів ефективніше, ніж
роботи, що використовують технологію ZMP. Мабуть, найбільш вражаючим
прикладом руху або рівноваги на даний момент є Boston Dynamics.

Літаючий робот
Коли справа доходить до літаючих роботів, перше, що спадає на думку, це
дрони. Сьогодні дрони дуже популярні як для цивільного, так і для військового
використання. Але проводяться інші цікаві дослідження. У рамках проекту ЄС,
Aerial Robotics Cooperative Assembly System (ARCAS), дослідники Німецького
аерокосмічного центру оснастили автономний гелікоптер з роботизованою
рукояткою. Ви можете використовувати цього робота для огляду та ремонту
трубопроводів. Іншим можливим застосуванням є обслуговування супутників,
промислових підприємств або споруд на інших планетах. У 2013 році дослідники з
Гарвардського університету розробили роботизовану бджолу. Ці роботизовані
бджоли можуть літати і пірнати у воду.

Автономна робото-навігація
Мобільні роботи оснащені навігаційним обладнанням і програмним
забезпеченням, щоб сприймати оточення, орієнтуватися на оптимальний маршрут
і реагувати на динамічні зміни, такі як люди та рухомі об’єкти. У більшості
випадків, поєднуючи пристрої GPS-навігації, радарні датчики, технологію радарів
і навіть камери, роботи можуть орієнтуватися в навколишньому середовищі та
безпечно пересуватися[13].
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
39
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

РОЗДІЛ 2 РОЗРОБКА СТРУКТУРОНОЇ СХЕМИ МОБІЛЬНОГО
ПРИСТРОЮ ДЛЯ ЗБИРАННЯ ТА ЗБЕРІГАННЯ ДАНИХ

Розробка структурної схеми зазвичай використовується для контролю та
аналізу структури та роботи системи. У кожному пристрої, наприклад, двигун і
шестерня - це блоки в автомобілі, а кожен поверх, стовпи та конструкції - це блоки
в квартирі. У цей час фізичні відносини, застосовані між пристроями, стають
лінією, що з'єднує блоки. Ці блоки в кінцевому підсумку ведуть від введення до
виходу, що спрощує структуру системи. За допомогою блок-схеми легко зрозуміти,
як передаються складні фізичні та механічні процеси. У той же час, легко з’ясувати,
які елементи потрібно скоригувати, щоб контролювати це, тому це один із методів
системного вираження, який широко використовується від простих проблем до
наукових робіт[14].

2.1 Розробка структурної схеми пристрою
В даній роботі розглядається розробка мобільного пристрою для збирання та
зберігання даних основними етапами якої є розробка бездротової системи
управління та системи збирання та зберігання даних з додатковими функціями
маршрутизації за допомогою доступних компонентів. Для реалізації даного
проєкту пропонується використання компонентів з можливістю корегування та
заміни в випадку необхідності.

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
40
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 2.1 Структурна схема

Одним з головних компонентів приладу є плата Wemos D1-mini яка
придназначена для керування цього приладу через Wi-Fi мережу яка дає доступ до
неї через глобальну мережу Інтернет. WeMos D1 mini – це аналог плат Witty Cloud
і NodeMCU v3, що має найменші габарити і використовує модуль ESP8266.
За рух приладу відповідають електор двигуни постійного струму, один з яких
відповідає за рух вперед а інший за поворот вліво та право. Керування цими
двигунами буде відбуватися за допомогою драйвера для двигунів постійного
струму L298N. Цей модуль управління моторами RKP-01A використовує
мікросхему L298N, він приймає керуючі сигнали від мікроконтролера і вмикає
потрібний нам мотор. З його допомогою можна контролювати обертання двох
незалежних колекторних двигунів постійного струму (DC-моторів). Також в дану
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
41
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

систему управління двигунами, відповідаючий за рух, була установлена
електрична система з використанням реле для зменшення навантаження на драйвер
двигуна, в якого є свої обмеження.
Система збирання та зберігання даних складається з маршрутизатора який
виконує роль збирача даних з різноманітних приладів та датчиків які під’єднується
до нього по доступній для них мережі Wi-Fi. Також одним з функцій
маршрутизатора є створення мережі доступ до якої мають лише пристрої які
надають дані для зберігання та систематизації, а також пристрої які можу
переглядати та редукувати дані.
Управління цією системою відбувається за допомогою хмарного сервісу
Blynk, даний хмарний сервіс встановлюється на мобільний телефон, він в свою
чергу зв’язується з платою Wemos D1-mini. Передача даних може відбуватися будь-
де, допоки плата Wemos D1-mini буде під’єднана до маршрутизатора, до якого
прив’язаний. Навіть якщо мобільний телефон буде використовувати мобільну
передачу даних все буде працювати так як потрібно.

Рисунок 2.2 Функціональна схема

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
42
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

2.2 Проєктування зовнішнього та внутрішнього корпусу робота
Основна рухома частина мобільного пристрою для збирання та зберігання
даних складається з сфери розміром 420мм яка була виготовлена з пластмаси
достатньої товщини щоб витримати фізичні навантаження при русі та подолання
перешкод завдяки габаритам. Зображена на рисунку 2.3 візуальна модель пристрою
була взята з мережі Інтернет, за цією моделлю було спроектовано та побудовано
систему збирання та зберігання даних.

Рисунок 2.3 Візуалізаційна модель пристрою
Головна рухома частина була спроектована за візуалізаційною моделлю.
Основою частиною його є платформа на яку буде поміщено всі електроні
компоненти, такі як: плата дистанційного керування, драйвер для двигунів,
елементи живлення та маршрутизатор з функціями збирання та зберігання даних.
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
43
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Весь механізм приводиться в дію двома моторами, один з них відповідає за
рух вперед та назад а інший мотор відповідає за рух вліво та право. В процесі
проєктування та побудови було декілька раз змінено розташування двигуна та сам
двигун для найкращого балансування та розподілення ваги на несучі деталі.
Загальна стійкість платформи була досягнута за допомогою використання більш
стійкого до фізичних навантажень матеріалу виготовлення. Зображення на рисунку
2.4, взяте з Інтернета, має готове зображення пристрою для системи збирання та
зберігання даних, кінцевим результатом якого є створення подібної розробки.

Рисунок 2.4 Представлення готового виробу
Також одним з головних особливостей цього пристрою є унікальна зовнішня
рухома частина, яку можна назвати його головою, здатна вмістите в себе безліч
функцій, завдяки своїй унікальній конструкції. Вона здатна кріпитися до корпуса
за допомого магнітів, що знаходяться як в середині головної частини, так і на
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
44
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

«голові», тримаючи його в верхньому положенні. На рисунку 2.5, взяте з мережі
Інтернет, зображено зовнішню рухому частину пристрою, яка може
видозмінюватися при необхідності.

Рисунок 2.5 Зовнішня рухома частина пристрою

Дана рухома частина здатна вміщувати в себе безліч датчиків та сенсорів, за
допомогою своєї особливості, а саме заміна її на іншу. Для цього непотрібно
складних демонтажних навиків, все що потрібно це зняти дану «голову» та змінити
на іншу. До цього звичайно ж потрібно під’єднати дану «голову» до головного
модуля для їхньої співпраці.
За допомогою такого рішення можна змінювати призначення пристрою,
помістивши в «голову» датчики розпізнавання руху, навігаційний датчик чи датчик
голосового командування. Завдяки цим особливостям він буде здатний
використовуватися не лише як просто рухомий пристрій, а й удосконалюватися для
досягнення нових можливостей.
Обґрунтування вибору конструкції
За основу майбутнього пристрою, було прийнято взяти сферичну форму
(Рисунок 3.4) з рухомою частиною в середині та зовнішньою рухомою частиною.
Корпус складається з сфери, виготовлений з пластмаси, рухомої частини, яка
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
45
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

знаходяться під навантаженням та складається з ДСП. Завдяки простоті механізму
є можливість зекономити на виготовленні, використовуючи більш дешеві
технології виробництва.
Сферична форма в робототехніці є одним з основних компонентів, що
полегшує рух завдяки зменшення тертя та меншій точці опори.
Цей варіант конструювання найбільш вдалий для робота призначеного стати
платформою для майбутніх проєктів. Він забезпечує мобільність, простоту
управління, обертання на місці та можливість розвернутися в обмеженому для руху
місці.
Основні переваги використання сферичної конструкції:
• низькі виробничі витрати – в порівнянні з гусеницями;
• швидкість – потрібна менша кількість обертального моменту для руху;
• маневреність – вони забезпечують високу маневреність через те, що площа
контакту менша у порівнянні з іншими видами пересування по поверхні;
• вага – гусениці та інші види набагато важчі, і це головна причина.
• простота – сферична конструкція має менше рухомих частин, які можуть
бути пошкоджені;
При всіх своїх перевагах, використання сферичної конструкції не завжди є
гарним рішенням. Тому, що вони використовуються в основному для подолання
малих перешкод, в залежності від рельєфу місцевості. Для того, щоб подолати
вертикальну перешкоду, воно повинно бути, принаймні, у два рази вище самої
перешкоди. Цим фактом обумовлюється габаритні розміри робота, діаметр якого
складає 420 мм, не враховуючи зовнішню частину. Таким чином ми збільшуємо
прохідну здатність даного пристрою та приступаємо до розробки системи
дистанційного керування.

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
46
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

РОЗДІЛ 3 РОЗРОБКА ДИСТАНЦІЙНОГО КЕРУВАННЯ НА
ПЛАТФОРМІ ARDUINO ТА СИСТЕМИ ЗБИРАННЯ ТА ЗБЕРІГАННЯ
ДАНИХ

3.1 Що таке Arduino?
Arduino – це невелика плата, яка може легко керувати різними типами
пристроїв. Оскільки це апаратне забезпечення з відкритим вихідним кодом, воно
характеризується тим, що всі проекти є загальнодоступними. Ви можете
встановити програму розробки Arduino (IDE) на свій комп’ютер і просто створити
програму, а потім завантажити програму на плату та запустити її.
Arduino – це технологія, створена Ivrea Interaction Design Institute як основа для
легкого та швидкого створення прототипів. Спочатку він був націлений лише на
студентів, а не на спеціальності електрика/електроніка чи програмування, але тепер
він перетворився на інструмент, з яким кожен, хто цікавиться, може кинути виклик
і впоратися з ним. Плата та програма для розробки Arduino (IDE) розроблена і
структурована таким чином, щоб нею могли користуватися всі, включаючи
художників, дизайнерів, любителів, хакерів і новачків. Кожен може
використовувати Arduino для створення «щось», що рухається відповідно до
навколишнього середовища або конкретних умов.
Arduino задовольняє потреби людей, вирішує існуючі проблеми та виділяє
себе серед інших простих 8-розрядних плат. Arduino використовується в різних
областях, таких як Інтернет речей (IoT), носимі технології, 3D-друк і вбудоване
середовище. Ви можете підключати й керувати різними пристроями, такими як
кнопки, світлодіодні лампочки та екрани, двигуни, динаміки, пристрої GPS,
камери, Інтернет, смартфони, телевізори тощо[15].

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
47
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Переваги Arduino
Популярність Arduino не згасає з часом. Переваги та особливості Arduino, як
описано нижче, підтримують постійну його популярність. Давайте подивимося на
переваги, завдяки яким Arduino виділяється.
Програма розробки, яку можна запускати де завгодно, незалежно від Windows,
Mac або Linux
Програми розробки Arduino можна використовувати не тільки на Windows, але
і на Mac або Linux. Мало того, базова конструкція добре встановлена, а опора
міцна. Оскільки він використовує ланцюжок інструментів gcc з відкритим
вихідним кодом і обгортає його в Java, його легко перенести в інші середовища, а
помилки та проблеми можна знайти та виправити відносно легко.

Велика популярність в усьому світі
Різні люди з усіх верств населення активно беруть участь у вдосконаленні
програми розробки Arduino. Arduino має більшу базу шанувальників, ніж
очікувалося, завдяки доступній ціні та високій якості.

Рисунок 3.1 Різноманітні проєкти на Arduino
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
48
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Драйвери, які можна встановити в будь-якому середовищі, включаючи
Windows, Mac і Linux
Як і програма розробки Arduino, драйвери можна встановити будь-де,
незалежно від Windows, Mac або Linux. Інтерфейс Serial Dental Talk Easy можна
використовувати як для налагодження, так і для програмування, і його можна легко
комбінувати з такими програмними засобами, як Java, Python, Perl, C, NET, BASIC,
Delphi, MAX/MSP, PureData, Processing тощо.

Бібліотека, яка може майже все
Існує багато об’єктно-орієнтованих бібліотек, які полегшують вам виконання
будь-яких простих завдань, таких як обертання шпильки, до більш складних
завдань, таких як запис на SD-карту, маніпулювання РК-екраном або аналіз GPS.

Усунути непотрібні процеси
Після проходження перевіреного компілятора непотрібні процеси
пропускаються, і код виконується негайно. Немає додаткових процесів, таких як
.NET або BASIC. Завдяки цьому програма невелика, легка і швидко працює.
Шістнадцятковий файл дозволяє розмістити програму на кількох нових
мікросхемах одночасно.

Підтримуються майже всі датчики
Arduino дуже популярний, оскільки він може перетворювати аналогові
сигнали в цифрові входи. Підключивши датчик до Arduino, ви можете збирати дані,
вимірюючи яскравість і температуру. На додаток до аналогового, також
підтримується взаємодія цифрових датчиків через готові до використання SPI або
I2C. Це підтримує майже всі датчики, до 99% на ринку.

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
49
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Простота
Плати, призначені для розробників, зазвичай складні з різними типами
компонентів розширення, таких як РК-екрани, кнопки та світлодіоди, щоб
максимізувати функціональність або продуктивність. На відміну від цього, у
Arduino є мінімум необхідних елементів. За бажанням користувача цю функцію
можна легко розширити, приєднавши необхідні деталі, наприклад РК-дисплей.

Ідеально підходить для початківців
Виробники чіпів не конструюють дошки, дошки. Це дуже важливий момент.
Виробники мікросхем зазвичай додають різні функції та елементи, щоб відрізняти
їх від інших продуктів. Arduino зосереджується на спільності мікроконтролерів, а
не на диференціації. Завдяки простій структурі, новачкам легко зрозуміти та
впоратися з ним. Те, що ви можете зробити з Arduino, можна зробити з будь-яким
іншим типом мікроконтролера.

Доступна ціна
Arduino можна придбати за відносно низькою ціною в 30 доларів. Враховуючи
ринкові умови, більшість плат, орієнтованих на розробників, починаються від 50
доларів і доходять до 100 доларів, що є дійсно хорошою ціною. Тим не менш, він
настільки чудовий, що не поступається йому за комплектністю та якістю.

3.2 Різновиди плат Arduino
Існує так багато різних типів Arduino, що важко вибрати потрібний, але
завдяки цьому різноманіттю ви можете зробити набагато більше, ніж можете собі
уявити. Кожен тип Arduino має різні характеристики та функції. Нижче наведено
деякі з типів представників.

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
50
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Arduino Uno
Uno підходить для новачків, які експериментують з Arduino. Він забезпечує
міцну основу для тих, хто тільки починає, і має все необхідне, щоб опанувати
основи. Крім того, можна використовувати майже всі види розширювальних
частин і щитів. Він має 14 цифрових входів і виходів, 6 аналогових входів, USB-
з’єднання, роз’єм живлення, кнопку скидання та багато іншого. Він містить все
необхідне для підтримки мікроконтролерів. Просто підключіть його до комп’ютера
за допомогою USB-кабелю або живіть за допомогою адаптера змінного струму або
акумулятора.

Рисунок 3.2 Arduino Uno

Arduino Nano
Nano майже такий же, як і Arduino Uno, але він лише приблизно на одну
третину розміру, тому щит не простий у використанні. Uno в основному
використовується для різних тестів у проекті, постійно фіксуючи його в певному
місці або пов’язуючи його з макетною платою, яка називається «макетною
дошкою».
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
51
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 3.3 Arduino Nano

Arduino Lilypad
Lilypad має унікальний дизайн, який легко пришити на тканину або тканину,
щоб його можна було використовувати для проектів, пов’язаних із носінням, або
мистецтва. Він був розроблений Лією Бьючлі та розроблений спільно Лією та
SparkFun. Ліліпади призначені для пришивання до одягу струмопровідною ниткою
через велику сполучну прокладку і плоску спинку.

Рисунок 3.4 Arduino Lilypad
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
52
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Arduino Mega 2560
Arduino Mega 2560 є старшим братом. Він має більшу ємність пам'яті та більше
контактів вводу-виводу, ніж інші типи Arduino. 54 контакти цифрового
входу/виходу, 16 аналогових входів, USB-з'єднання, роз'єм живлення, кнопка
скидання тощо. Він містить все необхідне для підтримки мікроконтролерів. Просто
підключіть його до комп’ютера за допомогою USB-кабелю або живіть за
допомогою адаптера змінного струму або акумулятора. Завдяки високій ціні він
має високу масштабованість і підходить для використання у відносно масштабних
проектах.

Рисунок 3.5 Arduino Mega 2560

Redboard
Його можна запрограмувати через програму розробки Arduino (IDE) при
підключенні за допомогою кабелю USB Mini-B. Ви можете використовувати його
разом із Windows 8 (Windows 8), не змінюючи параметрів безпеки. Мікросхема
USB/FTDI забезпечує чудову стабільність, а задня панель повністю плоска, завдяки
чому його легко розмістити в будь-якому місці. RedBoard можна живити через USB
або бочку.
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
53
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 3.6 Arduino Redboard

Особливості Arduino Uno
Раніше було згадував, що Arduino набув популярності завдяки багатьом
унікальним функціям. Arduino вирішує проблеми, які виникають при використанні
мікроконтролерів, таких як 8051 або 8052. Arduino Uno також привернув увагу цією
функцією. Інші переваги Arduino Uno включають наступні особливості[16].
• Легке підключення: підключайтеся безпосередньо до комп'ютера через
USB.
• Пам'ять: Arduino оснащено пам'яттю 32 КБ. SRAM – 2 КБ, а EEPROM –
1 КБ.
• Робоча тактова частота: Arduino має робочу тактову частоту 16 МГц, що
дозволяє йому виконувати завдання швидше, ніж інші процесори або
контролери.
• Вхідна/вихідна напруга: Arduino Uno можна живити через USB-
з'єднання, а при необхідності також можна живити через зовнішній
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
54
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

адаптер. Напруга від зовнішнього джерела живлення становить від 6 до
20 вольт.
• Виводи входу/виходу: кожен з 14 цифрових контактів на Uno можна
використовувати як вхід або вихід, 6 з 14 можна використовувати як
ШІМ виходи, а 6 можна використовувати як аналогові контакти.
• Зв'язок: плата Arduino Uno підтримує зв'язок I2C і SPI.

3.3 Яка різниця між Arduino та мікроконтролером?
Мікроконтролер – це пристрій, який містить вбудований мікропроцесор і має
необхідну схему інтерфейсу для прямого використання в реальному часі.
Наприклад, 8051 є мікроконтролером з мікропроцесором, вбудованим як
вхідними, так і вихідними контактами та іншими пристроями, такими як таймери
та лічильники. Отже, в основному, мікроконтролер - це електронний пристрій на
основі мікропроцесора, який може запускати та програмувати програми в режимі
реального часу.
У подібному сенсі можна вважати Arduino просто платою розробника на
основі мікроконтролера.
По суті, Мікроконтролер = мікропроцесор + схема інтерфейсу. Його можна
запрограмувати за допомогою коду ассемблера або Keil C. Обидві ці мови важко
оволодіти, вимагають багато практики та з ними важко працювати.
Arduino = мікроконтролер + Crystal + контакти вбудованого джерела
живлення, ви можете вважати його завантажувачем. Завдяки цьому програмування
через Arduino IDE є легким і зрозумілим[17].
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
55
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 3.7 Шлях завантаження програмного коду в Arduino Uno R3

Це робить Arduino легким у програмуванні та готовим до використання з
коробки.

Різниця між Arduino та Raspberry Pi
Raspberry Pi і Arduino - це зовсім різні плати. Кожна дошка має свої сильні та
слабкі сторони. Вибір між ними залежить від потреб вашого проекту. Давайте
детальніше розглянемо ці дві дошки.
Arduino був винайдений в Італії Массімо Бенці. Arduino був простим
інструментом для апаратного прототипування. Raspberry Pi був винайдений
професором Ебеном Аптоном з Кембриджського університету в Англії, щоб
покращити навички програмування студентів.

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
56
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Обидва підходять для новачків і любителів. Основна відмінність між ними
полягає в тому, що Arduino – це плата мікроконтролера, тоді як Raspberry Pi - міні-
комп'ютер. Отже, Arduino – це лише частина Raspberry Pi, Raspberry Pi добре
запускає програмні додатки, а Arduino допомагає вам легко налаштовувати та
створювати апаратні проекти.
Ці дві плати працюють на дуже низькій потужності. Однак у випадку
Raspberry Pi відключення електроенергії може пошкодити програмне забезпечення
та програми. Для Arduino він перезапуститься, якщо станеться відключення
живлення. Тому переконайтеся, що ви правильно вимкнули Raspberry Pi, перш ніж
вимкнути його.
Raspberry Pi поставляється з повнофункціональною операційною системою
під назвою Raspbian. Він володіє всіма можливостями комп’ютера з процесором,
пам’яттю та графічними драйверами. Pi може використовувати різні операційні
системи. Перевага надається Linux, але також можна встановити Android. Arduino
не має операційної системи. Прошивка просто інтерпретує код, який ви пишете.
Запустити простий код дуже легко[18].

Рисунок 3.8 Raspberry Pi
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
57
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Вхідні та вихідні контакти дозволяють підключати ці плати до інших
пристроїв. Raspberry pi 2 має 2 вхідних і вихідних контактів, а Arduino Uno має 20
контактів.
Pi працює в 40 разів швидше, ніж Arduino. Raspberry Pi потужніший, ніж
Arduino, тому що Pi має в 128 000 разів більше пам'яті, ніж Arduino.
Arduino має 32 КБ пам’яті, яке використовується для зберігання коду. Цей код
визначає функціональність Arduino. Raspberry Pi не має вбудованої пам’яті, але
замість цього має порт micro SD.
Arduino можна розширити за допомогою зовнішнього обладнання, такого як
Wi-Fi, Ethernet, сенсорний екран, камера тощо. Ця дошка називається щитом. Цей
щит легко встановити на вашому Arduino. Raspberry має свої обмеження щодо
масштабування. Ви все ще можете додати обладнання, наприклад сенсорний екран,
GPS, панель RGB тощо, за допомогою окремого методу підключення. Тим не менш,
він не такий масштабований і не такий універсальний, як плата Arduino.
Arduino використовує Arduino IDE для розробки коду. Raspberry Pi може
використовувати Scratch, IDLE тощо та будь-яку програму, яка підтримує Linux.

Порівняння Arduino Uno, Mega і Micro
Плати Arduino – це дуже універсальна плата, яка стала одним з
найпопулярніших мікроконтролерів на ринку. Деякі плати Arduino краще
підходять для конкретних застосувань. Давайте порівняємо популярні плати від
Arduino (Uno, Micro і Mega 2560) і подивимося, які з них найкраще підходять для
вашого наступного проекту.

Підключення
Щоб підключитися до комп’ютера та почати кодування, ви можете легко
під’єднати Uno і Mega 2560 за допомогою стандартного USB-кабелю A/B, але для
Micro потрібен кабель Micro-USB.
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
58
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Кожен з цих Arduinos має різну кількість контактів вводу/виводу. Плата з
найбільшою кількістю контактів – це Mega 2560, яка має 54 цифрові контакти
вводу/виводу (15 з ШІМ) і 16 вхідних аналогових контактів. Як не дивно, Micro має
другий за кількістю контактів з трьох, з 20 цифровими контактами вводу/виводу (7
з ШІМ) і 12 вхідними аналоговими контактами. Наприкінці у нас є Uno з 14
цифровими контактами вводу/виводу (6 з ШІМ) і 6 вхідними аналоговими
контактами.
Крім того, Uno і Mega 2560 зазвичай поставляються з наскрізними отворами,
а розташування мікрошпильок вводу-виводу робить його придатним для будь-якої
макетної плати або системи. Це означає, що більшість щитів сумісні з Uno і Mega
2560, але не з Micro.

Обчислювальна потужність
Усі три плати Arduino мають різні рівні обчислювальної потужності, тому
давайте подивимося на частоту/тактову частоту. Частота/тактова частота плати
відноситься до швидкості виконання інструкції. Дивно, що всі вони мають
однакову тактову частоту на 16 МГц.
Флеш-пам’ять у Uno і Micro однакова – 32 КБ, але Mega 2560 пропонує в 8
разів більше місця в 256 КБ. Флеш-пам’ять означає, наскільки великий ескіз/код ви
можете завантажити в Arduino, тому, якщо у вас важкий код, Mega 2560 є хорошим
вибором.
Плати Arduino використовують статичну пам'ять із довільним доступом
(SRAM). Mega 2560 має найбільше місця SRAM – 8 КБ, що в 4 рази більше, ніж у
Uno, і в 3,2 рази більше, ніж у Micro. Чим більше у вас місця SRAM, тим більше
вільного простору Arduino може створювати та маніпулювати змінними під час їх
виконання.

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
59
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

3.4 Історія Arduino від початку та до сьогоднішнього дня
Свого часу бренд Arduino використовувався лише в США, а бренд Genuino
поруч із ним використовувався за межами США (Європа тощо), що стало
результатом спору щодо торгової марки.
Приблизно в липні 2015 року було анонсовано Genuino, бренд продуктів
Arduino, що продаються за кордоном, і деякі продукти, такі як Arduino Leonardo,
були припинені. У той час точилися суперечки щодо того, щоб заробити більше
грошей, але насправді була складна ситуація.
ТОВ «Ардуїно», засноване в 2008 році, володіє торговою маркою, а фактичне
виробництво здійснюється іншими компаніями. Однак наприкінці 2008 року Smart
Projects, компанія Джанлуки Мартіно, одного із засновників, таємно зареєструвала
право на торгову марку Arduino в Італії, і це стало проблемою. Тоді ніхто про це не
знав, але це виявилося, коли Arduino LLC спробувала зареєструвати торгову марку
за межами США, і виявилося, що торгова марка вже була зареєстрована в Італії.
Arduino LLC негайно приступила до переговорів щодо торговельної марки, але
зазнала невдачі. Пізніше Джанлука Мартіно продав компанію Федеріко Мусто,
після чого Smart Projects відмовилася платити роялті і змінила назву на Arduino
SRL. Зрештою, Arduino LLC подала до суду на Arduino SRL, але прогресу не було,
і в липні 2015 року Arduino LLC зареєструвала бренд Genuino для продажу за
межами США.
Цей, здавалося б, нескінченний спір вирішується угодою між Arduino LLC та
Arduino SRL. Представники обох компаній з'явилися на World Maker Faire в жовтні
2016 року, і Arduino LLC і Arduino SRL в майбутньому будуть об'єднані під назвою
"Arduino Holding", а програмна підтримка здійснюється від "Arduino Foundation",
оголосила, що вона продовжиться. .
Згодом BMCI, компанія чотирьох засновників Arduino, заснувала компанію
Arduino AG, в якій 49% акцій належали Мусто, голові Arduino SRL, і 50% [28], і
придбала всі права на бренд Arduino. Некомерційна організація під назвою Arduino
Foundation буде створена, щоб відповідати за розробку Arduino IDE.
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
60
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

У 2017 році BMCI придбає решту 51% акцій Arduino AG і зробить її дочірньою
компанією, що повністю належить їй. У той же час домашня сторінка також була
інтегрована в arduino.cc. Навіть якщо ви зайшли на сайт arduino.cc, плати
arduino.org продаються. Тепер, коли ви під’єднаєтеся до arduino.org, через кілька
секунд ви будете автоматично перенаправлені на arduino.cc із інформаційною
сторінкою переспрямування англійською мовою. Після цього arduino.org було
повністю закрито[19].

Історія створення Arduino IDE
Станом на лютий 2016 року існують різні варіанти, включаючи Arduino Uno,
який можна назвати основним типом. Навіть принципова схема апаратного
забезпечення є відкритим вихідним кодом, тому ви можете отримати плату,
сумісну з Arduino, за набагато нижчою ціною, ніж оригінальний продукт. Усі
джерела відкриті, тому, якщо у вас є можливість, ви можете створити власне.
Після тривалого альфа-тестування 30 листопада 2011 року була випущена
версія 1.0. Починаючи з версії 1.0.1, випущеної 21 травня 2012 року, мова
інтерфейсу користувача підтримує кілька мов, серед них також доступна
корейська, що полегшує доступ новачкам. Станом на 2021 рік останньою версією є
версія 1.8.13.
Приблизно в липні 2012 року був випущений Arduino Leonardo, новий продукт
Arduino. Використовуючи Atmega32U4 з вбудованим контролером USB як основну
функцію, він може знизити вартість одиниці та розпізнати його як мишу та
клавіатуру, тому його можна використовувати різними способами. Для довідки,
якщо ви оновлюєте мікропрограму Arduino Uno за допомогою програми dfu, її
можна використовувати як пристрій введення USB, як Leonardo, але в цьому
випадку він не розпізнається відразу після завантаження, як Leonardo, а після
проходження через процес входу та виходу режиму dfu. Його можна розпізнати як
пристрій HID. Таким чином, змінювати прошивку після її оновлення трохи
громіздко. Отже, якщо ви хочете використовувати Arduino як пристрій введення,
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
61
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

краще просто використовувати Leonardo. І якщо ви помилитеся в процесі
завантаження прошивки з dfu-програмою, конвертер UART Arduino може стати
цеглиною, тому будьте обережні.
На початку 2013 року був випущений Arduino Due, що використовує ARM
Cortax-M3 SAM3E8X (512 КБ флеш-пам'яті, 96 КБ SRAM, тактова частота 84 МГц).
Він близький до моделі наступника існуючої Arduino Mega 2560. Оскільки він
заснований на ARM, продуктивність процесора набагато вища. Однак аналоговий
вхід/ШІМ-вихід має 12 контактів, що трохи менше, ніж у MEGA. Через два ЦАП і
контакт CAN. Всього на 4 менше. Зауважте, що робоча напруга становить 3,3 В, що
відрізняється від інших плат, тому якщо до контакту вводу-виводу подати 5 В,
контакт може згаснути. Робоча напруга звичайної плати Arduino становить 5 В. 3,3
В виводиться на вбудований регулятор FTDI або на вбудований регулятор, якщо
немає FTDI, як UNO.
У жовтні 2013 року Intel оголосила про сумісну плату, оснащену новим
процесором Intel Quark, який використовує 32-нм процес на основі Pentium під
назвою Galileo. Кілька днів потому TI анонсувала плату під назвою Arduino Tre, яка
одночасно інтегрувала свій 1GHz Sitara SoC на основі Cortex-A8 і ATmega32U4.
Кажуть, що продуктивність Tre більш ніж у 100 разів відрізняється від Uno, але
немає проблем із сумісністю з тим, що ATmega32U4, встановлений на Leonardo,
одночасно вбудований. Galileo від Intel було припинено приблизно в квітні 2014
року (є історія про погану сумісність контактів, див. Intel Quark), і замість цього
був випущений Galileo 2. Після Galileo 2 були випущені плати Intel Edison для
Інтернету речей. Схоже, ви встановили досить спільні відносини з Arduino.
Насправді всі плати Arduino, виготовлені іншими компаніями, які були офіційно
сертифіковані для Arduino, виготовлені Intel, але це стара приказка, коли вона
також вийшла від Samsung. Станом на 2019 рік Tre все ще не визначився.
15 травня 2014 року Arduino Zero було оголошено наступником Arduino Uno#.
Найбільша зміна полягає в тому, що швидкість роботи та обсяг пам'яті
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
62
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

збільшуються, коли мікроконтроллер був змінений з існуючої серії ATMega на
серію ARM Cortex-M0.
Крім того, були випущені такі продукти, як Arduino Micro, Nano, (Pro)Mini і
Yun Mini, які можна використовувати, підключаючи їх до плат або макетів під
керуванням ОС Linux під назвою Arduino Yun. База ОС Linux не є методом
емуляції, як Galileo, але 32U4 і машина Linux вбудовані разом.
Arduino 101 - це плата, яка вийшла у співпраці з Intel. Він використовує чіп
Intel Curie, а в плату вбудовані BLE, акселерометр і гіроскоп. Крім того, хоча
робоча напруга становить 3,3 В, застосування 5 В не пошкоджує штифт. Схожий
на Raspberry Pi. 101 має два процесори, підключені до структури, тому один
запускає службу RTOS, а інше ядро — код і бібліотеку користувача. Тут є поштова
скринька, яка з’єднує обидва і має структуру передачі повідомлень, в якій обидві
сторони обмінюються необхідними робочими запитами. Наразі, оскільки
користувач ділиться пам’яттю з ОС, пам’ять здається малою. Однак зручність, яку
забезпечує ОС, в порядку, тому це не велика втрата. Однак проблема з цією ОС і
бібліотекою полягає в тому, що документація та приклади все ще погані, тому,
якщо документації немає, вам потрібно мати основи для перегляду вихідного коду,
щоб мати можливість серйозно його застосувати. Якщо ви подивитеся на це так, ви
можете задатися питанням, що це за вступний, але якщо це все-таки начерк базової
граматики, він працюватиме так само, а оскільки він має вхідний контакт 5 В, ви
можете спробувати схеми UNO без ризик отримати опік.[20].

Способи використовування
Спочатку в навчальних цілях він використовувався для навчання молодших
класів, але зараз він широко використовується для ознайомлення з електронною
технікою не тільки для молодших класів, але й для різних класів, і
використовується з метою використання електронної техніки незалежно від віку,
академічна освіта або спеціальність. Зокрема, у деяких університетах він став
широко використовуваним пристроєм незалежно від спеціальності чи
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
63
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

непрофесійності, наприклад, для вступної освіти для студентів електронної
техніки.
Зокрема, це свідчить про те, що неспеціалістів його використовує більше, ніж
малоосвічених.
Крім того, оскільки форм-фактор Arduino сам по собі є відкритим вихідним
кодом, а також пов’язаний з ним великий попит на обладнання, відомі виробники
компонентів також швидко випускають деталі, які перетворили свою продукцію на
Arduino [18]. Я часто зустрічаю Я не. Завдяки цьому на додаток до 8-розрядного
AVR використовуються різні мікросхеми, і на даний момент можна розробити
Arduino з більшістю мікроконтролерів, якщо продукт не буде залишено на ринку.
Статус підтримки сторонніх плат.

3.5 Програмування Arduino
Програмуючи 8-розрядну вбудовану систему, ви повинні бути дуже
обережними з оптимізацією програми. Це область, на яку ви завжди повинні
звертати увагу під час програмування на пристроях, де ресурси пам’яті сильно
обмежені, наприклад, мікроконтролери. Оскільки Arduino дуже погана
продуктивність, деталі, які не були б проблемою в інших машинах, іноді
викликають проблеми. Компілюється добре, але на платі написано, що обладнання
зупиняється. Якщо є проблема в процесі розробки, подивіться на останній доданий
вміст і постарайтеся максимально зменшити вміст коду.
Якщо функція неодноразово викликається в C, це може призвести до
переповнення стека та зупинки обладнання. Наприклад, бувають випадки, коли
доданий код раптово запускається нормально після видалення кількох рядків
оператора Serial.print();, доданого для перевірки роботи під час розробки, навіть
якщо обладнання зупинено.
Щоб уникнути обмежень продуктивності самого Arduino, може бути краще
підключити інший пристрій, наприклад Raspberry Pi, щоб виконувати обчислення
в іншому місці, і використовувати Arduino лише як машину, яка керує датчиками
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
64
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

та виконавчими механізмами. Якщо ви завантажуєте мікропрограму під назвою
Firmata в Arduino, ви можете керувати Arduino ззовні за допомогою протоколу
Firmata. Ви можете керувати Arduino за допомогою Firmata, використовуючи
досить багато мов, включаючи Processing, тому варто розглянути це. Якщо ви добре
використовуєте це, можна помістити мінімальний код на Arduino і запустити решту
важкого обчислювального навантаження, використовуючи ресурси окремого
пристрою, такого як ПК або Raspberry Pi. Бувають випадки, коли сам Arduino
занадто щільний, щоб прочитати значення датчика та опублікувати твіт. Насправді,
так робиться багато роботи. Навіть якщо версія невелика, якщо це проект, який
вимагає зв’язку між зовнішнім комп’ютером і Arduino, можна активно
використовувати Firmata, оскільки можна кодувати в більш природній формі, ніж
надсилання та отримання повідомлень через послідовний зв’язок[21].
І є ще одна річ, яку слід зазначити: якщо ви завантажуєте в інший Arduino за
допомогою прикладу ArduinoISP, вбудованого в Arduino IDE, завантажувач
Arduino, завантажений до ArduinoISP, буде видалено! Тому, якщо можливо,
завантажуйте за допомогою конвертера USB в UART.
Під час завантаження вихідного коду з компілятора Arduino на плату Linux, як
Ubuntu, набагато швидше, ніж Windows.

3.6 Налаштування основних компонентів для системи збирання та
зберігання даних
3.6.1 Підключення Wi-Fi модуля
Для забезпечення бездротової передачі даних була обрана модуль WeMos D1
mini (Рисунок 3.9) – це аналог плат Witty Cloud і NodeMCU v3, що має найменші
серед них габарити й використовує модуль ESP8266 версії ESP-12F. Для роботи
WeMos D1 mini не потрібно зовнішній мікроконтролер або інше керуючий
пристрій через те, що крім Wi-Fi модуля в ESP-12F вже вбудований 32-бітний
мікроконтролер з тактовою частотою 80 МГц, а також чіп флеш-пам'яті на 4 Мб.
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
65
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 3.9 Зовнішній вигляд WeMos D1 mini

Вибір саме цієї модифікації плати є актуальним вибором для розробки даного
проекту, яке обумовлена наступними пунктами.
Функціональна гнучкість мікроконтролерів WeMos полягає в можливості в
будь-який момент внести ряд змін в програмний алгоритм без змін в архітектурі
мікросхеми на платі. Для виконання нової задачі досить буде завантаження нової
прошивки навіть по безпровідному зв’язку. Крім універсальності і гнучкості в
списку переваг мікроконтролерів WeMos знаходиться їх економічність, що
базується на тотальній цінової доступності.
Технічна простота і універсальність дозволяють займатися з його допомогою
програмуванням користувачам з мінімальним багажем знань та мов
програмування[22].

Рисунок 3.10 Розпіновка WeMos D1 mini
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
66
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 3.11 Принципова схема NodeMcu ESP8266 від WeMos D1 mini

3.6.2 Контролер моторів рухомої частини
Основою руху даного пристрою є два мотори, але для їх коректної роботи
потрібні контролери які приймають керуючі сигнали від мікроконтролера і
вмикають мотори. Для цієї системи був використаний драйвер двигуна постійного
струму L298N (Рисунок 3.12).

Рисунок 3.12 Модуль на L298N
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
67
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Модуль управління моторами RKP-01A на мікросхемі L298N.
Використовуючи даний модуль можна контролювати обертання двох незалежних
колекторних моторів постійного струму (DC-моторів).
Плата контролера завдяки мікросхемі (Рисунок 3.13) драйвера моторів L298N
дозволяє легко керувати двома електромоторами використовують живлення від 5В
до 35В. Встановлений на основну мікросхему L298N радіатор охолодження
дозволяє витримувати струм навантаження до 2A на канал. Для захисту драйвера
моторів від перевантаження використовуються спеціальні Діоди Shotki[23].

Рисунок 3.13 Принципова схема модуля L298N

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
68
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 3.14 Розпіновка модуля L298N
Таблиця 3.1 Характеристики драйвера моторів RKP-01A на мікросхемі L298N

Завдяки використанню цих компонентів було реалізовано керування двома
двигунами за допомогою одного драйверу двигуна L298N, без використання
потужнішого драйвера, який для такої системи непотрібен[24].
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
69
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 3.15 Схема управління

Схема управління, зображена на рисунку 3.7, була створена та протестована,
як в програмному середовищі так і створена наглядно. Саме така схема управління
буде актуальна для управління мобільного пристрою для збирання та зберігання
даних, який буде знаходитися в середині сферичної конструкції яка придназначена
для його переміщення.

3.6.3 Система збирання та зберігання даних
Після завершення розробки рухомої частини було розроблено та створено
систему для збирання та зберігання даних, яка буде працювати автономно та
дистанційно від глобальної мережі.

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
70
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 3.16 Функціональна схема системи збирання та зберігання даних

Система побудована на маршрутизаторі, головною роботою якого є збирання
даних з різноманітних датчиків, які до нього під’єднанні, їх зберігання та
структуризація.
Така система здатна не лише керувати збиранням та зберіганням даних, а й
іншими пристроями які були під’єднані до неї. Це може бути не лише датчик
поливу газону ти вологості повітря, а й набагато складніший пристрій який може
співпрацювати з пристроєм для досягнення поставленого завдання.

3.6.4 Моделювання бази даних
Припустимо, ми хочемо перемістити реальні дані в базу даних. Ви не можете
заощадити стільки, скільки хочете, коли економите. Щоб зберігати дані в
реальному світі в базі даних, спочатку потрібно побудувати модель даних. Модель
даних описує значення даних, витягнутих із реального світу, зв’язки між даними та
обмеження. Моделі даних можна розділити на концептуальні моделі даних, логічні
моделі даних і фізичні моделі даних, залежно від того, чи зосереджено увагу на
користувачеві чи на комп’ютері.
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
71
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Концептуальна модель даних
Орієнтована на користувача модель даних, яка піклується про те, як
користувачі сприймають дані. Які існують типи даних, і визначаються
характеристики кожного з них, взаємозв’язок між даними тощо. Типовим
прикладом концептуальної моделі даних є модель даних ER.

Логічна модель даних
Модель даних, яка враховує як комп’ютер, так і користувача, розробляючи
структури, які можна фактично зберігати, незважаючи на розуміння користувача.
Логічні моделі даних включають реляційні моделі даних, ієрархічні моделі даних
та мережеві моделі даних.

Фізична модель даних
Модель, орієнтована на комп’ютер, яка звертає увагу на те, як дані
зберігаються на комп’ютері. Наприклад, кажуть, що така інформація, як формат
запису, порядок запису та шлях доступу, представляє фізичну модель даних.

Реалізація
Якщо ви розробили лише структуру бази даних, ви можете розглядати цей
крок як фактичний збір даних, а потім заповнення ядер бази даних (в реляційній
моделі даних вони називаються екземпляри відношень).

Експлуатація та вдосконалення
Це етап фактичної роботи з базою даних та покращення проблем, які
виникають під час фактичного використання.

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
72
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Відносні дані
Основна частина світу баз даних. Він досі не зійшов з мейнстріму. Дані
зберігаються у вигляді таблиці, яка називається рядок (рядок, рядок) і стовпець
(стовпець, стовпець). Залежність даних виражається як відношення.
Усі рядки в таблиці мають стовпці однакової довжини, а структура цього
стовпця та зв’язок між даними попередньо визначені в схемі таблиці.
Оскільки він має довгу історію, він є найнадійнішим, а швидкість класифікації,
сортування та пошуку даних швидка. SQL забезпечує дуже складні пошукові
запити і дозволяє маніпулювати даними практично будь-яким способом, який ви
можете собі уявити. Крім того, підтримка транзакцій дуже сильна, тому, якщо
звернути на неї увагу, бувають випадки, коли дані не вводяться, але немає випадків,
коли вони йдуть не так. Наприклад, під час фінансової транзакції гроші знімаються
з книжки покупця, а потім гроші надходять до книжки продавця, щоб завершити
транзакцію в звичайному режимі. Скасуйте транзакцію. Хоча тут коротко
пояснюється, насправді існує багато перешкод, які необхідно подолати для
забезпечення цілісності даних, таких як аномалії мережі, забруднення бітів даних,
аномалії жорсткого диска та проблеми паралельності. Однак, враховуючи всі ці
ситуації, характеристикою СУБД є «гарантувати» цілісність даних у будь-якій
ситуації. Жоден інший тип СУБД не може гарантувати такий рівень цілісності
даних! Іншими словами, гроші, яких там немає, можуть вирватися з повітря, або
гроші, які там були, можуть випаруватися.
Однак проблема полягає в тому, що схему важко змінити, а оскільки дані
виводяться лише у вигляді двовимірної таблиці, вони погано збігаються з
«об’єктами», організованими в структуру дерева. Хоча ця проблема вирішується за
допомогою техніки ORM (Object-Relation Mapping), описані нижче БД об’єктного
типу та типу документів є більш зручними для об’єктів, тому, якщо ви починаєте
новий проект, давайте балансуємо між ORM та типом об’єкта. DB.
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
73
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Однак СУБД погано розподіляє навантаження. Операції читання розподілені,
але для розподілу операцій запису потрібна стратегія на додаток до високих
технічних навичок.

Типи ключ-значення (сховище KV)
Усі дані відображаються як пара ключ і значення. Це залежить від того, як
індексується ключ, але зазвичай він показує найкращу продуктивність для пошуку
певного значення. Однак функції групування та сортування даних майже немає.
Натомість він легший, швидший і легший у використанні, ніж СУБД.
На перший погляд здається, що він може обробляти лише одновимірні дані,
але оскільки значенням, яке можна помістити в значення, є будь-який об’єкт,
включаючи його власний ключ (можуть бути обмеження розміру), він може
обробляти більшість даних. Звичайно, інші СУБД надають різні інструменти, які
допомагають організувати ці дані, тому краще шукати дані, відмінні від KV-
сховища, для більш ніж 2D-даних.
Це оптимальна БД для зберігання веб-кешу, даних сесії, даних кошика для
покупок тощо, тому тут часто використовується. Крім того, KV store широко
використовується як база даних в пам’яті, оскільки розмір бази даних відносно
невеликий, і її легко помістити в пам’ять і запустити. Завдяки своїм
характеристикам база даних у пам’яті працює з дуже високою швидкістю, але
зовсім не гарантує стабільність даних. Веб-сервер, який обробляє сеанси з KV store,
також значно зменшує навантаження на жорсткий диск і реагує дуже швидко. Тому
він зміцнює свої позиції як свого роду сховище «тимчасових даних».

Об'єкто-оріентовані бази даних
Подібно до того, як концепція об’єктно-орієнтованого входить до мов
програмування, об’єктно-орієнтовані бази даних – це ті, які реалізують об’єктно-
орієнтований у базах даних після реляційних. Така СУБД називається СУБД.
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
74
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Однак ODBMS не стала основною в області баз даних, оскільки використання
запитів стає більш складним. Та ж причина, чому інші типи СУБД були
застарілими. Тому метод RDBMS все ще широко використовується.

Документ
Спосіб MongoDB. Він схожий на тип об'єкта вище. Характеризується тим, що
схема, що представляє структуру документа, не потрібна.
Оскільки схеми немає, поля можна додавати або видаляти за бажанням, за
винятком поля індексу (можна звільнити індекс). Не має значення, чи існує
відповідне поле в наявних даних, і такі операції, як запит і групування, можливі
навіть щодо таких даних.
В даний час об’єктно-орієнтоване програмування є основним, і привертають
увагу бази даних об’єктного типу та типу документів, які не потрібно відображати
окремо і які добре зберігаються шляхом простого введення даних.
Однак, якщо ви спробуєте обробити дані, а не витягти документ як він є, це не
спрацює. Наприклад, Групувати за запитами або Об’єднати. Крім того, програми,
які постійно «збирають» дані (наприклад, зберігають записи фінансових
транзакцій), значно погіршують продуктивність. Це те, у чому СУБД найкраще.
Це добре для використання в місцях, де схема даних часто змінюється, а дані
у вигляді багатошарових об’єктів, де більшість роботи зосереджено на оновленні,
вставці (документа одиниця) та запиті, а це не так. часто використовується для
статистичних розрахунків. Там, де іноді необхідні статистичні обчислення,
необхідні дані витягуються, передаються в СУБД і обробляються за допомогою
SQL. Або скористайтеся операцією map/reduce, яку надає сама СУБД.
Одним словом, він мав схожий характер на папку з файлами підшивки. Це
чудово підходить для вставлення додаткового паперу в папку (вставка), заміни
вставленого паперу іншим (оновлення) або пошуку паперу (запит), але дані на
одному папері постійно збільшуються (додавання), він вразливий до додавання (
статистика) будь-яке значення на папері. У RDBMS «папір» тут схожий на
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
75
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

нескінченний сувій, тому легко додавати дані або виконувати статистику та
групувати для певних полів. Натомість недоліком СУБД є те, що вона повинна
підготувати кілька прокруток під час зберігання даних за межами двох вимірів (дані
з деревоподібною структурою тощо). У середину неможливо вставити дані різних
форматів. Тип документа DB зберігає всі відповідні дані на одному папері, тому не
має значення, які дані зберігаються на інших паперах. Добре, якщо є хоча б один
індекс для пошуку.

Сімейство стовпців
Це набір стовпців. Можна подумати про хеш-таблицю, яка являє собою
сімейство стовпців, у якому ключ і кілька стовпців приєднані до однієї таблиці для
її ідентифікації.
Реляційний тип може мати ідентифікований первинний ключ і кілька стовпців
в одній таблиці, але первинний ключ не є обов’язковим і має мати той самий тип
стовпця. Вулик є репрезентативним стовпцем сімейства БД.
Тип сімейства стовпців вимагає розуміння та створення різних серверів і
мережевих систем, щоб дані можна було швидко шукати та аналізувати порівняно
з реляційними базами даних. Тому новачкам рекомендується використовувати
продукт, який надається як сервіс хмарних обчислень.

Помилка БД
Оскільки DB – це абревіатура від бази даних, яка зберігає різну інформацію, у
багатьох місцях її називають тофу(tofu).
У випадку з іграми, решта гри, за винятком виконуваного файлу, якщо це
книжковий магазин, це ПК зі списком книг, якщо це веб-сайт, це сервер, який
зберігає всю інформацію про учасників та повідомлення , і т. д. Неодмінне
існування, щоб функціонувати і запускати щось am. Але...
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
76
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Таким чином, коли доступ до веб-сайту раптово не вдається під час
використання веб-сайту, є випадки, коли користувач прокидається як король
демонів із цим повідомленням.
Як і у випадку з веб-сайтом, програми, встановлені на комп’ютері, такі як ігри
та утиліти, також стають непрацездатними з повідомленням про помилку, якщо в
їхній БД є помилка, але в цьому випадку це особиста незручність користувача, тому
помилка БД сервер веб-сайтів. Його не часто називають Повелителем Демонів,
оскільки він не виробляє достатньої руйнівної сили, щоб його могли відчувати
кілька людей одночасно[25].

3.6.5 Зовнішня рухома частина
Зовнішня частина пристрою здатна рухатися по корпусу, залишаючись в
верхньому положенні, може бути як простою звуковою системою так і доволі
складним пристроєм. Який може співпрацювати з головною частиною, для
виконання певних задач, таких як самостійний рух чи обминання перешкод. Також
її можна з’єднувати з навігацією, що зробить його повністю автономний, здатним
самому вибрати найкращий маршрут до місця призначення.

Рисунок 3.17 Функціональна схема зовнішньої частини
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
77
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

РОЗДІЛ 4 НАЛАШТУВАННЯ ДИСТАНЦІЙНОГО УПРАВЛІННЯ ТА
СИСТЕМИ ЗБИРАННЯ ТА ЗБЕРІГАННЯ ДАНИХ

4.1 Створення програмного коду для дистанційного управління
Для програмування пристроїв на Arduino потрібна мова побудована на C / C++
і скомпонований з бібліотекою AVR Libc, що дозволяє використовувати будь-які її
функції. Разом з тим він простий для свого освоєння. На даний момент Arduino –
це, мабуть, найзручніший спосіб програмування пристроїв на мікроконтролерах.
Середовище розробки Arduino складається з вбудованого текстового
редактора програмного коду, області повідомлень, вікна виведення тексту
(консолі), панелі інструментів з кнопками часто використовуваних команд і
декількох меню. Для завантаження програм і зв'язку середовище розробки
підключається до апаратної частини Arduino. Зовнішній вигляд середовища
розробки представлений на рисунку 4.1[26].

Рисунок 4.1 Зовнішній вигляд середовища розробки Arduino IDE

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
78
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Актуальність вибору саме цієї платформи для розробки проекту обумовлена
наступними пунктами.
• Функціональна гнучкість мікроконтролерів WeMos полягає в можливості в
будь-який момент внести ряд змін в програмний алгоритм без глобальних змін.
•Для виконання нової задачі досить буде завантаження нової прошивки.
Крім універсальності і гнучкості в списку переваг мікроконтролерів WeMos
знаходиться їх економічність, що базується на тотальній цінової доступності.
Технічна простота й універсалізм дозволяють займатися з його допомогою
програмуванням користувачам з мінімальним багажем знань та мов
програмування.
Скетч програми простий у сприйнятті навіть для людини яка ніколи не
програмувала. Все, що потрібно змінити в початковому коді це назву і пароль вашої
мережі WiFi та декілька параметрів передачі даних.

Тіло програми
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <BlynkSimpleEsp8266.h>
// Код авторизації в додатків Blynk (Auth Token), приходить на пошту при
створенні нового пристрою в додатку.
char auth [] = "+++++++++++++";
// Логін і пароль вашого WiFi, залиште поле порожнім якщо у вашій мережі
немає пароля.
char ssid[] = "DIR-825-671b";
char pass[] = "12345678";
// Розшифровка підключень до L298
// Мотор A відповідає за прискорення
#define MOTORA_1 D7 // IN1
#define MOTORA_2 D6 // IN2
#define ENA D8 // ENA
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
79
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

// Мотор B відповідає за повороти
#define ENB D3 // ENB
#define MOTORB_1 D4 // IN3
#define MOTORB_2 D5 // IN4
// Змінні моторів вперед \ назад - вліво \ вправо.
int motor_FB = 0;
int motor_LR = 0;
// Основна частина
void setup ()
{
// Налаштування пінов
pinMode (ENA, OUTPUT);
pinMode (MOTORA_1, OUTPUT);
pinMode (MOTORA_2, OUTPUT);
pinMode (ENB, OUTPUT);
pinMode (MOTORB_1, OUTPUT);
pinMode (MOTORB_2, OUTPUT);
digitalWrite (ENA, LOW);
digitalWrite (ENB, LOW);
// Запуск serial порту
Serial.begin (9600);
// Підключення до додатка
Blynk.begin (auth, ssid, pass);
}
// Прочитуємо дані джойстика V0 (обов'язково в додатку вибрати "MERGE" в
налаштуваннях джойстика).
BLYNK_WRITE (V0) {
int nJoyY = map (param [0] .asInt (), 0, 1024, 0, 252);
int nJoyX = map (param [1] .asInt (), 0, 1024, 0, 252);
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
80
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

// Відображення через Serial показників джойстика
Serial.print ( "X =");
Serial.print (nJoyX);
Serial.print ( "; Y =");
Serial.println (nJoyY);
// Змінні
int motor_FB; // Мотор відповідає за рух вперед-назад
int motor_LR; // Мотор відповідає за рух вліво-вправо
// Змінна скорості двигуна при русі вперед
int MotorSpeed = map (nJoyX, 0, 255, 0, 1100);
Serial.print ( "MotorSpeed =");
Serial.println (MotorSpeed);
motor_FB = nJoyX;
motor_LR = nJoyY;
if (motor_FB> 140) {
digitalWrite (MOTORA_1, HIGH);
digitalWrite (MOTORA_2, LOW);
analogWrite (ENA, MotorSpeed);
Serial.println ( " Рухається вперед");
}
else if (motor_FB <100) {
digitalWrite (MOTORA_1, LOW);
digitalWrite (MOTORA_2, HIGH);
analogWrite (ENA, 900); // "900" Швидкість руху назад, змінюється в
залежності від мотора.
Serial.println ( "Рухається назад");
}
else {
digitalWrite (MOTORA_1, LOW);
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
81
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

digitalWrite (MOTORA_2, LOW);
Serial.println ( "Стоп");
}
if (motor_LR> 140) {
digitalWrite (MOTORB_1, LOW);
digitalWrite (MOTORB_2, HIGH);
digitalWrite (ENB, HIGH);
Serial.println ( "Рухається вправо");
}
else if (motor_LR <90) {
digitalWrite (MOTORB_1, HIGH);
digitalWrite (MOTORB_2, LOW);
digitalWrite (ENB, HIGH);
Serial.println ( " Рухається вліво");
}
else {
digitalWrite (MOTORB_1, LOW);
digitalWrite (MOTORB_2, LOW);
Serial.println ( "Прямо");
}
}
void loop ()
{
Blynk.run ();
}
Для початку використання контролера нема жодної необхідності писати
десятки строк коду або створювати мобільний додаток для дистанційного
керування. Все що потрібно це встановити на смартфон програму Blynk.

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
82
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

4.2 Налаштування системи збирання та зберігання даних
Саме налаштування маршрутизатора доволі просте, а зробити так щоб він
збирав та зберігав дані доволі проблематично. Для рішення даної проблеми є
декілька варіантів. Першим способом для такої системи є створення
спеціалізованої операційної системи, для цього потрібно написати вручну
операційну систему для маршрутизатора та завантажити для нього, що є доволі
специфічним та доволі складний процес. Другий спосіб простіший, без написання
спеціалізованої операційної системи, це налаштування маршрутизатора з
середовищем для зберігання даних на ньому, що було й вибрано для даної роботи.

Рисунок 4.2 Налаштування маршрутизатора

4.3 Налаштування бази даних для подібних систем
База даних зберігає інформацію на фізичному диску. Вона записує та
відстежує зміни конфігурації користувача. Solaris Volume Manager автоматично
оновлює базу даних стану при зміні конфігурації або стану. Створення нового тома
є прикладом зміни конфігурації. Прикладом зміни стану є помилка субдзеркала.
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
83
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

База даних фактично являє собою набір кількох реплікованих копій бази
даних. Кожна копія, яка називається реплікою бази даних стану, завжди гарантує,
що дані в базі даних є дійсними. Наявність копії бази даних станів захищає від
втрати даних із однієї точки збою. Ця база даних станів відстежує розташування та
стан усіх відомих реплік бази даних станів.
Solaris Volume Manager не може функціонувати, доки не створить базу даних
стану та копію цієї бази даних стану. Конфігурація SVM повинна мати базу даних
робочого стану.
Репліка бази даних станів завжди гарантує, що дані в базі даних стану є
дійсними. Коли база даних станів оновлюється, кожна репліка бази даних станів
також оновлюється. Оновлення виконуються по одному, щоб уникнути
пошкодження всіх оновлень у разі збою системи.
Якщо система втратила репліку бази даних стану, SVM повинен визначити
репліку бази даних стану, яка все ще містить дійсні дані. SVM перевіряє цю
інформацію за допомогою алгоритму збігу більшості. Щоб цей алгоритм визначав
дійсність репліки бази даних станів, більшість реплік бази даних стану доступна і
повинна збігатися. Через цей алгоритм збігу більшості під час налаштування
конфігурації диска необхідно створити принаймні три репліки бази даних стану.
Принаймні дві з трьох реплік бази даних стану мають бути доступні, щоб досягти
збігу.

Кожна репліка бази даних станів за замовчуванням займає місце на дисковому
сховищі. Репліки можуть зберігатися на таких пристроях:
• Виділений фрагмент локального диска
• Лише оновлення в реальному часі:
• Локальні фрагменти, що належать тому
• Локальний фрагмент, що належить пристрою реєстрації UFS

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
84
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Репліки не можна зберігати в сегментах root (/), swap, /usr або на фрагментах,
які містять існуючі файлові системи або дані. Після збереження клону ви можете
помістити том або файлову систему на той самий фрагмент.
На зрізі можна зберігати більше однієї копії бази даних стану. Однак цей
параметр може зробити систему більш вразливою до однієї точки збою.
Додаткову інформацію про базу даних станів і репліки бази даних станів див.
у посібнику адміністрування SVM.

Том RAID-1
Том або дзеркало RAID-1 – це том, який зберігає ідентичні копії даних тому
RAID-0 (з’єднаний один фрагмент). Після налаштування тому RAID-1 його можна
використовувати як фізичний фрагмент. Ви можете клонувати будь-яку файлову
систему, включаючи існуючі. Томи RAID-1 також можна використовувати для
таких програм, як бази даних.
Переваги та недоліки використання томів RAID-1 для дзеркального
відображення файлових систем полягають у наступному:
Оскільки будь-який том може обробити запит, дані можна зчитувати з обох
томів RAID-0 одночасно, забезпечуючи покращену продуктивність. Якщо один
фізичний диск виходить з ладу, дзеркало можна продовжувати використовувати
без втрати продуктивності або втрати даних.

Томи RAID-1 вимагають інвестицій у диски. Вам знадобиться принаймні
вдвічі більше місця на диску для ваших даних.
Оскільки програмне забезпечення Solaris Volume Manager виконує запис на всі
томи RAID-0, дублювання даних також може збільшити час, необхідний для
запитів на запис на диск.
Додаткову інформацію про планування томів RAID-1 див. у розділі Вимоги та
вказівки щодо томів RAID-1 і RAID-0.

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
85
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Том RAID-0
Том RAID-0 є конкатенацією з одним фрагментом. З'єднання - це том, в якому
дані організовані безперервно і безперервно на кілька компонентів, щоб утворити
єдиний логічний блок зберігання. Ви не можете використовувати метод
встановлення JumpStart та Live Upgrade для створення смуг або інших складних
томів SVM.
Під час встановлення або оновлення ви можете створювати томи RAID-1
(дзеркала) та приєднувати томи RAID-0 до цих дзеркал. Дзеркальний том RAID-0
називається субдзеркалом. Дзеркало складається з одного або кількох томів RAID-
0. Після встановлення ви можете керувати дзеркальними томами RAID-1 за
допомогою програмного забезпечення SVM, щоб керувати даними на окремих
піддзеркальних томах RAID-0.
Спосіб встановлення JumpStart дозволяє створити дзеркало до двох
піддзеркал. Live Upgrade дозволяє створити дзеркало, яке складається з трьох
субдзеркал. Однак двостороннього дзеркала зазвичай достатньо. Третє піддзеркало
дозволяє відключати одне піддзеркало в автономному режимі для резервного
копіювання, створюючи резервні копії онлайн без втрати надлишковості даних[27].

4.4 Використання хмарного сервісу Blynk
Blynk – це сервіс, який підтримує системи iOS і Android програми для
управління мікроконтролерами: Arduino, ESP8266, Raspberry і т.п. через Інтернет.
Це цифрова приладова панель на екрані мобільного, де зображується графічний
інтерфейс для проекту. В якому і буде створюватися програма та скетч.
Своєю чергою у мікроконтролер, вбудовується спеціальна програма, яка буде
виконувати необхідні нам функції, керувати електроприладами чи датчиками, а
також отримувати відомості з них та відсилати їх назад на ваш мобільний пристрій.
Blynk дозволяє створити зручний пульт керування для широкого спектра
мікрокомп'ютерів і мікроконтролерів за короткий час.
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
86
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

В ній розроблено доволі все просто, що нам потрібно додати доступні модулі
(віджети), такі як: перемикачі, графіки, дані, дисплеї та ін. Та використовувати
Blynk код на мікроконтролері. Звичайно ж, можливо модифікувати коди, додати
туди свою логіку та управляти проектами будь-якої складності.
Дана платформа підійде для будь-якого проекту: від зчитування даних з вашої
особистої метеостанції, до управління роботами і автоматизації будинку[28-29].

Рисунок 4.3 Програма Blynk та меню програми

Для початку роботи потрібно встановити додаток Blynk на свій смартфон і
створіть обліковий запис. Використовуєте адресу електронної пошти, до якої ви
маєте доступ, оскільки саме туди будуть відправлятися ваші токени авторизації.
Потім можна створити проект, вибираючи, яку плату ви будете використовувати і
як ви будете з нею контактувати.
Натиснувши на «Створити проект». Це автоматично відправить токен
авторизації.
Далі потрібно встановіть бібліотеки Blynk з веб-сайту Blynk. Для Arduino IDE
потрібно встановити бібліотеку, передавши файли в Arduino > бібліотеки папка.
Цей приклад показує, як швидко налаштувати прості системи за допомогою
Blynk. Не вимагає складного кодування, і після установки він повністю
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
87
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

автономний. Поки на платі є доступ до вашого Wi-Fi з'єднання, ви можете отримати
до нього доступ з будь-якого місця, використовуючи свій смартфон.

Рисунок 4.4 Проєкт в додатку Blynk

Відкриваючи свій проєкт в додатку Blynk зображений на рисунку 4.4. На
правій стороні виберіть кнопка віджет в меню. Натисніть кнопку в своєму проекті,
щоб відкрити меню властивостей. Тут можна назвати його і вибрати, який вихід на
вашій платі він повинен опрацьовувати.
Натисніть «Назад» (всі зміни зберігаються автоматично), а потім натисніть
значок запаску в правому верхньому куті, щоб запустити додаток. Ви можете
натиснути цю ж кнопку в будь-який час, щоб повернутися до редагування вашого
проекту.
Потім відкрийте Arduino IDE і виберіть вашу плату і порт з меню інструментів.
Якщо ви не бачите свою плату в цьому меню, вам може знадобитися встановити
бібліотеки ESP8266.
Тепер відкрийте автономний скрипт ESP8266, наданий Blynk в їх бібліотеці,
перейшовши до Файл> Приклади> Blynk> Boards_WiFi> ESP8266_Standalone.
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
88
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Замініть дані токена авторизації на той, який ви отримали по електронній пошті, і
введіть свої дані Wi-Fi.

char auth [] = "YourAuthToken";
char ssid [] = "YourNetworkName";
char pass [] = "YourPassword";
Збережіть ескіз під новим ім'ям і завантажте його на свою плату. Тепер, коли
ви натискаєте кнопку в додатку, світлодіод повинен включатися і вимикатися. У
простих випадках, подібних до цих, Blynk неймовірно швидкий в налаштуванні.
Варто також відзначити, що, оскільки тут використовується сервер Blynk, ви
можете керувати своєю платою з будь-якого місця, якщо у плати є доступ до
домашнього Wi-Fi-з'єднання, а у вашого смартфона є мобільний доступ до даних.
Для нормальної роботи конструйованої моделі робота цього буде достатньо,
хоча програма має ряд обмежень, вона може повністю розкрити функціонування
розробки[30].

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
89
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

ВИСНОВОК

В даній кваліфікаційній роботі проводиться проєктування й розробка
мобільного пристрою для збирання та зберігання даних за допомогою доступних
компонентів технологій та ресурсів.
Основними завданнями даної роботи був проведений пошук існуючих
пристроїв та систем збирання та зберігання даних; огляд існуючих типів
управління для мобільних розробок; створення структурної та функціональної
схеми мобільного пристрою для збирання та зберігання даних; налаштування
маршрутизатора для систем збирання та зберігання даних; розробка системи
дистанційного керування; використання мобільного додатку Blynk для
дистанційного управління розробкою та розглянуто питання технічної реалізації
даної системи на прикладі конкретного робота.
Розглянуте в роботі практичне завдання дає чітке уявлення про функції та цілі
для яких придназначена дана розробка. Запропонована розробка здатна вирішити
проблеми в місцях віддалених від глобальної мережі, де потрібно зібрати дані з
різноманітних датчиків та систем для розуміння чи правильно працює система або
датчик. Дана система збирає та структурує дані, які вона може зрівнювати та
доповнювати до своєї бази даних. Подібні системи здатні створювати декілька
мереж для збирання та зберігання даних не лише з під’єднаних до цієї системи
датчиків, а й інші пристрої. Створення подібних мереж в відкритому доступі для
підключення любого пристрою до нього, значно розширює функціонал такої
системи, а дані які зберігаються на пристрої ніяк не контактують між мережами, не
порушуючи конфіденційність даних.

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
90
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. База даних. Електронний ресурс. Режим доступу:
https://uk.wikipedia.org/wiki/База_даних
2. Основні відомості про бази даних Електронний ресурс. Режим доступу:
https://support.microsoft.com/uk-ua/office/основні-відомості-про-бази-даних-
a849ac16-07c7-4a31-9948-3c8c94a7c204
3. Недоторканність приватного життя. Електронний ресурс. Режим
доступу: https://uk.wikipedia.org/wiki/Недоторканність_приватного_життя
4. Робот Електронний ресурс. Режим доступу:
https://uk.wikipedia.org/wiki/Робот
5. Промисловий робот Електронний ресурс. Режим доступу:
https://uk.wikipedia.org/wiki/Промисловий_робот
6. Автоматично керований транспортний засіб Електронний ресурс.
Режим доступу:
https://uk.wikipedia.org/wiki/Автоматично_керований_транспортний_засіб
7. Людино-машинна взаємодія Електронний ресурс. Режим доступу:
https://uk.wikipedia.org/wiki/Людино-машинна_взаємодія
8. Інформаційна безпека. Електронний ресурс. Режим доступу:
https://uk.wikipedia.org/wiki/Інформаційна_безпека#:~:text=Інформаційна%20безпе
ка%20(information%20security)%20,%2C%20відстежуваність%2C%20неспростовні
сть%20та%20надійність.\
9. Коротка історія роботів Електронний ресурс. Режим доступу:
https://lviv.com/panoptykum/korotka-istoriya-robotiv/
10. Приводи роботів Електронний ресурс. Режим доступу:
https://msn.khnu.km.ua/pluginfile.php/373551/mod_resource/content/0/Лекція%204.%
20Приводи%20роботів.pdf
11. Промислові роботи Електронний ресурс. Режим доступу: https://kaf-
av.tntu.edu.ua/index.php/mn-abiturient/mn-articles/676-art-industrial-robots
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
91
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

12. Датчики Arduino Електронний ресурс. Режим доступу:
https://amperka.ru/page/kak-vybrat-datchik-dlya-arduino
13. Робототехніка Електронний ресурс. Режим доступу:
https://uk.wikipedia.org/wiki/Робототехніка
14. Структурна схема. Електронний ресурс. Режим доступу:
https://uk.wikipedia.org/wiki/Структурна_схема
15. Arduino. Електронний ресурс. Режим доступу:
https://uk.wikipedia.org/wiki/Arduino
16. Разновидности плат Arduino Електронний ресурс. Режим доступу:
https://robocraft.ru/blog/arduino/1035.html
17. Основи мікропроцесорної техніки. Електронний ресурс. Режим
доступу: https://ela.kpi.ua/bitstream/123456789/25846/1/OMPT_lectures.pdf
18. Raspberry Pi Електронний ресурс. Режим доступу:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi
19. Історія створення Arduino Електронний ресурс. Режим доступу:
https://arduino.ua/art2-istoriya-sozdaniya-arduino
20. Arduino Software (IDE). Електронний ресурс. Режим доступу:
https://www.arduino.cc/en/main/software
21. Програмування Ардуіно. Електронний ресурс. Режим доступу:
https://doc.arduino.ua/ru/prog/
22. Можливості підключення Wi-Fi модуля esp8266 до Аrduino.
Електронний ресурс. Режим доступу: https://arduinoplus.ru/podkluchenie-wi-fi-
modulya-k-arduino/
23. Драйвер крокової двигуна і двигуна постійного струму L298N і
Arduino. Електронний ресурс. Режим доступу: http://arduino-diy.com/arduino-
drayver-shagovogo-dvigatelya-i-dvigatelya-postoyannogo-toka-L298N
24. Огляд драйвера мотора на L298N. Електронний ресурс. Режим доступу:
https://robotchip.ru/obzor-drayvera-motora-na-l298n/
Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
92
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

25. Моделювання даних Електронний ресурс. Режим
доступу:https://uk.wikipedia.org/wiki/Моделювання_даних
26. Установка arduino IDE. Установка і настройка Arduino IDE під
Windows. Як перевірити підключення пристрою Arduino Електронний ресурс.
Режим доступа: https://montazhtv.ru/uk/ustanovka-arduino-ide-ustanovka-i-nastroika-
arduino-ide-pod-windows-kak-proverit/
27. RAID Електронний ресурс. Режим доступу:
https://uk.wikipedia.org/wiki/RAID
28. Феномен Blynk і його альтернативи. Електронний ресурс. Режим
доступу: https://blog.kvv213.com/2017/02/fenomen-blynk-i-ego-al-ternativy/
29. ESP8266 - Управління зі смартфона через Blynk. Електронний ресурс.
Режим доступу: https://esp8266.ru/esp8266-blynk/
30. Початок роботи з Blynk: прості DIY-пристрої IoT. Електронний ресурс.
Режим доступу: http://helpexe.ru/tehnologija-objasnila/diy/nachalo-raboty-s-blynk-
prostye-diy-ustrojstva-iot

Арк.
ТК06.021139.001 ПЗ
93
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

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