Разработка макета малогабаритного подводного аппарата дистанционного контроля корпуса судна в ледовых условиях. Программный комплекс системы управления малогабаритным подводным аппаратом
|
Введение 3
Глава 1. Разработка структурной схемы подводного аппарата, анализ существующей компонентной базы и выбор комплектующих
1.1 Разработка структурной схемы подводного аппарата 8
1.2 Анализ комплектующих отечественного производства 11
1.3 Оригинальные компоненты и импортные аналоги 20
1.4 Сборка и отладка 29
Глава 2. Разработка модели программного обеспечения для управления малогабаритным подводным аппаратом
2.1 Программное обеспечение для двигателей при осуществлении
всплытия 30
2.2 Программное обеспечение для двигателей при осуществлении
погружения 36
2.3 Программное обеспечение подводного аппарата для двигателей для
горизонтального перемещения 41
Глава 3. Разработка макета графического интерфейса для управления малогабаритным подводным аппаратом.
3.1 Настройка приема и передачи данных местоположения
малогабаритного подводного аппарата по протоколу "NMEA" 46
3.2 Программно-графическая части протокола приема передачи данных
"NMEA" 72
3.3 Программный обеспечение графического интерфейса для обработки показаний местоположения малогабаритного подводного аппарата 84
Заключение 84
Список литературы
Глава 1. Разработка структурной схемы подводного аппарата, анализ существующей компонентной базы и выбор комплектующих
1.1 Разработка структурной схемы подводного аппарата 8
1.2 Анализ комплектующих отечественного производства 11
1.3 Оригинальные компоненты и импортные аналоги 20
1.4 Сборка и отладка 29
Глава 2. Разработка модели программного обеспечения для управления малогабаритным подводным аппаратом
2.1 Программное обеспечение для двигателей при осуществлении
всплытия 30
2.2 Программное обеспечение для двигателей при осуществлении
погружения 36
2.3 Программное обеспечение подводного аппарата для двигателей для
горизонтального перемещения 41
Глава 3. Разработка макета графического интерфейса для управления малогабаритным подводным аппаратом.
3.1 Настройка приема и передачи данных местоположения
малогабаритного подводного аппарата по протоколу "NMEA" 46
3.2 Программно-графическая части протокола приема передачи данных
"NMEA" 72
3.3 Программный обеспечение графического интерфейса для обработки показаний местоположения малогабаритного подводного аппарата 84
Заключение 84
Список литературы
В современном мире цифровых технологий, прогресс не стоит на месте. Появляются новые задачи и работы, многие из которых несут высокий риск для человеческого здоровья, а иногда и для жизни. Именно из-за работ с таким высоким риском, человечество придумало механизмы, которые зачастую способны существенно облегчить жизнь человеку, а иногда и вовсе заменить его или. Сначала механизмы были простые: блоки, рычаги, вороты, затем последовали более сложные, помогающие человеку не только с физическим трудом, но и умственным, например, счёты и последовавшие за ними простейшие калькуляторы, способные на тот момент времени только на сложение и вычитание. Следом за ними начали появляться более продвинутые артефакты, позволявшие передвигать тяжёлые грузы на более далёкие расстояния, чем человек мог донести или поднять, позволявшие проложить маршрут в тех местах, где сам человек не мог пройти. И так, шаг за шагом, наука позволила создавать дистанционно- оперируемые механизмы.
Я хотел бы привести в пример один из подобных механизмов, который, в моём понимании, должен существенно упростить такую сложную и довольно опасную профессию как аквалангист. Зачастую при подозрениях на образование повреждений днища судна, необходимо в максимально короткие сроки устроить проверку и при необходимости начать ремонт. Самый надёжный вариант - поставить судно в док и устроить полную проверку. Однако, тем судам, что находятся в окружении льдов подобный вариант не подойдёт, так как зачастую, ближайший порт может находится в сотнях морских миль, что исключает всякую возможность на профессиональное обслуживание. Следовательно, осмотр придётся делать прямо на месте, во льдах.
Данный дипломный проект посвящен разработке макета малогабаритного подводного аппарата дистанционного контроля корпуса судна в ледовых условиях, а именно его программный комплекс системы управления малогабаритным подводным аппаратом для работы в трудно доступных местах с ограниченным пространством, с тяжёлыми погодными условиями связанными с отрицательной температурой воды и возможно низкой температурой воздуха. В качестве платформы для разработки макета системы управления использовалась среда для программирования “Visual Studio”, использовался язык программирования C#?, так же для программирования органов передвижения использовалась среда программирования “Arduino IDE” и язык программирования C++. Основной плато при создании макета послужила Arduino Mega 3 ревизии , данная плата разработана на базе микроконтроллера ATmega2560.
Актуальность работы: Актуальность данного проекта определена необходимостью визуального контроля за подводным объекта, который может быть затруднен труднодоступностью для человека поэтому в данной работе был разработан комплекс системы управления малогабаритным подводным аппаратом для дистанционного контроля корпуса судна в ледовых условиях который включает в себя разработку графического интерфейса, программное обеспечение для управления двигателями при осуществлении маневрирования.
Объект исследования — Программно-аппаратный комплекс использованный для создания макета комплекса системы управления малогабаритным подводным аппаратом.
Предмет исследования — Структура и состав программно-аппаратного комплекса использованного для создания макета комплекса системы управления малогабаритным подводным аппаратом.
Цель исследования — Разработка программного обеспечения макета комплекса системы управления малогабаритным подводным аппаратом для дистанционного контроля корпуса судна в ледовых условиях
Прикладная задача — Разработка макета для управления малогабаритным подводным аппаратом.
Задачи исследовательской работы:
Анализ элементной базы и выбор среды разработки.
Разработка программного обеспечения управления двигателями:
- при всплытии;
- при погружении;
- при горизонтальном перемещении.
Разработка интерфейсов :
- приема и передачи данных с датчика GPS ;
- макета графического интерфейса для обработки данных от малогабаритного подводного аппарата.
Новизна выпускной квалификационной работы заключается в ...
Теоретическая значимость: данную работу можно использовать для улучшения ориентирования малогабаритных аппаратов в условиях Арктики при осуществлении дистанционного контроля, так же данную работу можно использовать для уже доступных дистанционных малогабаритных подводных аппаратов с целью добавления системы отслеживания малогабаритного подводного аппарата.
Практическая ценность исследования: Данная работа предоставляет возможность более простого управления подводным аппаратом при исследовании подводной части судна в условиях Арктики, без привлечения дополнительных человеческих ресурсов, уменьшение времени, которое может быть затрачено на осуществление контроля подводной части корабля.
Выпускная квалификационная работа состоит из: титульного листа, реферата, содержания, введения, основной части, заключения, списка используемых в работе литературных источников, приложений.
Я хотел бы привести в пример один из подобных механизмов, который, в моём понимании, должен существенно упростить такую сложную и довольно опасную профессию как аквалангист. Зачастую при подозрениях на образование повреждений днища судна, необходимо в максимально короткие сроки устроить проверку и при необходимости начать ремонт. Самый надёжный вариант - поставить судно в док и устроить полную проверку. Однако, тем судам, что находятся в окружении льдов подобный вариант не подойдёт, так как зачастую, ближайший порт может находится в сотнях морских миль, что исключает всякую возможность на профессиональное обслуживание. Следовательно, осмотр придётся делать прямо на месте, во льдах.
Данный дипломный проект посвящен разработке макета малогабаритного подводного аппарата дистанционного контроля корпуса судна в ледовых условиях, а именно его программный комплекс системы управления малогабаритным подводным аппаратом для работы в трудно доступных местах с ограниченным пространством, с тяжёлыми погодными условиями связанными с отрицательной температурой воды и возможно низкой температурой воздуха. В качестве платформы для разработки макета системы управления использовалась среда для программирования “Visual Studio”, использовался язык программирования C#?, так же для программирования органов передвижения использовалась среда программирования “Arduino IDE” и язык программирования C++. Основной плато при создании макета послужила Arduino Mega 3 ревизии , данная плата разработана на базе микроконтроллера ATmega2560.
Актуальность работы: Актуальность данного проекта определена необходимостью визуального контроля за подводным объекта, который может быть затруднен труднодоступностью для человека поэтому в данной работе был разработан комплекс системы управления малогабаритным подводным аппаратом для дистанционного контроля корпуса судна в ледовых условиях который включает в себя разработку графического интерфейса, программное обеспечение для управления двигателями при осуществлении маневрирования.
Объект исследования — Программно-аппаратный комплекс использованный для создания макета комплекса системы управления малогабаритным подводным аппаратом.
Предмет исследования — Структура и состав программно-аппаратного комплекса использованного для создания макета комплекса системы управления малогабаритным подводным аппаратом.
Цель исследования — Разработка программного обеспечения макета комплекса системы управления малогабаритным подводным аппаратом для дистанционного контроля корпуса судна в ледовых условиях
Прикладная задача — Разработка макета для управления малогабаритным подводным аппаратом.
Задачи исследовательской работы:
Анализ элементной базы и выбор среды разработки.
Разработка программного обеспечения управления двигателями:
- при всплытии;
- при погружении;
- при горизонтальном перемещении.
Разработка интерфейсов :
- приема и передачи данных с датчика GPS ;
- макета графического интерфейса для обработки данных от малогабаритного подводного аппарата.
Новизна выпускной квалификационной работы заключается в ...
Теоретическая значимость: данную работу можно использовать для улучшения ориентирования малогабаритных аппаратов в условиях Арктики при осуществлении дистанционного контроля, так же данную работу можно использовать для уже доступных дистанционных малогабаритных подводных аппаратов с целью добавления системы отслеживания малогабаритного подводного аппарата.
Практическая ценность исследования: Данная работа предоставляет возможность более простого управления подводным аппаратом при исследовании подводной части судна в условиях Арктики, без привлечения дополнительных человеческих ресурсов, уменьшение времени, которое может быть затрачено на осуществление контроля подводной части корабля.
Выпускная квалификационная работа состоит из: титульного листа, реферата, содержания, введения, основной части, заключения, списка используемых в работе литературных источников, приложений.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы поставленная цель, макета программного комплекса системы управления малогабаритным подводным аппаратом для дистанционного контроля корпуса судна в ледовых условиях, была достигнута.
Для этого были решены следующие задачи :
1) Проведён анализ существующей элементной базы и сделан выбор комплектующих .
2) создано аппаратно-программное обеспечение для:
- управления двигателями при осуществлении всплытия;
- управления двигателями при осуществлении погружения;
-управление двигателями при осуществлении горизонтального перемещения.
3) разработано ПО для:
- для приема и передачи данных с датчика GPS ;
- для создания макета графического интерфейса для управления малогабаритным подводным аппаратом.
При разработке программного обеспечения для подводного аппаратного возникла проблема связанная с подключением модуля радио управления. Решение было найдено за счёт добавления специальной библиотеки с расширениями для использования радио модуля. Так же при создании графического интерфейса возникла проблема с доступностью сред для разработки. В качестве решения была выбрана единственная доступная среда на данный момент “Visual studio”
Данный подводный аппарат можно использовать в узких и трудно доступных места, куда не может добраться человек или есть риск для жизни человека, так же если есть риск ухудшения погодных условий, которые могут помешать человеку находится как в воде так и под водой.
Из-за недостатка времени и ресурсов, как технических, так и человеческих, при создании прототипа подводного аппарата не был добавлен модуль для видео камеры, который должен осуществлять непрерывную видео запись в хорошем качестве и сразу же передавать видео изображение непосредственно человеку, что управляет данным подводным аппаратом. Дальнейшим шагом к усовершенствованию прототипа является добавление данного модуля. Кроме этого, при дальней доработке аппарата имеется возможность на уровне программного обеспечения добавить возможность возврата подводного аппарата в зону приема сигнала от радио передатчика установленного на пульте, при потере этого сигнала это будет возможно при реализации автопилота. Так же, не будет лишним установить более мощное оборудование для осуществления приема-передачи управляющего сигнала для подводного аппарата, а так же для отправки исходящего сигнала от подводного аппарата на пульт управления.
Для этого были решены следующие задачи :
1) Проведён анализ существующей элементной базы и сделан выбор комплектующих .
2) создано аппаратно-программное обеспечение для:
- управления двигателями при осуществлении всплытия;
- управления двигателями при осуществлении погружения;
-управление двигателями при осуществлении горизонтального перемещения.
3) разработано ПО для:
- для приема и передачи данных с датчика GPS ;
- для создания макета графического интерфейса для управления малогабаритным подводным аппаратом.
При разработке программного обеспечения для подводного аппаратного возникла проблема связанная с подключением модуля радио управления. Решение было найдено за счёт добавления специальной библиотеки с расширениями для использования радио модуля. Так же при создании графического интерфейса возникла проблема с доступностью сред для разработки. В качестве решения была выбрана единственная доступная среда на данный момент “Visual studio”
Данный подводный аппарат можно использовать в узких и трудно доступных места, куда не может добраться человек или есть риск для жизни человека, так же если есть риск ухудшения погодных условий, которые могут помешать человеку находится как в воде так и под водой.
Из-за недостатка времени и ресурсов, как технических, так и человеческих, при создании прототипа подводного аппарата не был добавлен модуль для видео камеры, который должен осуществлять непрерывную видео запись в хорошем качестве и сразу же передавать видео изображение непосредственно человеку, что управляет данным подводным аппаратом. Дальнейшим шагом к усовершенствованию прототипа является добавление данного модуля. Кроме этого, при дальней доработке аппарата имеется возможность на уровне программного обеспечения добавить возможность возврата подводного аппарата в зону приема сигнала от радио передатчика установленного на пульте, при потере этого сигнала это будет возможно при реализации автопилота. Так же, не будет лишним установить более мощное оборудование для осуществления приема-передачи управляющего сигнала для подводного аппарата, а так же для отправки исходящего сигнала от подводного аппарата на пульт управления.