Помощь студентам в учебе
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПАРКОВОЧНЫМ ПРОСТРАНСТВОМ С АВТОНОМНЫМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕМ НА ОСНОВЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 8
1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СРЕДСТВ ФИКСАЦИИ НАЛИЧИЯ
АВТОМОБИЛЯ НА ПАРКОВОЧНОМ МЕСТЕ 10
1.1 Инфракрасные датчики 11
1.2 Индуктивные датчики 12
1.3 Емкостные датчики 13
1.4 Магнитные датчики 14
1.5 Ультразвуковые датчики 15
1.6 Радиоволновые датчики 17
1.7 Лазерные датчики 18
1.8 Концевые датчики 21
1.9 Камеры видеонаблюдения 23
1.10 Результаты сравнительного анализа средств фиксации движения 24
Выводы по разделу один 25
2 ВЫБОР ПОДХОДЯЩЕГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО ДАТЧИКА 26
2.1 Особенности работы ультразвукового датчика 27
2.2 Выбор конструкции ультразвукового датчика 28
2.3 Минимальное и максимальное измеряемое расстояние 29
Выводы по разделу два 35
3 ОРГАНИЗАЦИЯ СЕТЕВОГО ПОДКЛЮЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ.... 35
3.1 Выбор беспроводного протокола передачи данных 36
3.2 Выбор топологической организации узлов сети 39
3.3 Выбор Wi-Fi-модуля для организации mesh-сети 45
Выводы по разделу три 50
4 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ СИСТЕМЫ 51
4.1 Выбор микрокомпьютера 52
4.2 Выбор источника света для световой индикации 55
4.3 Выбор реле для управления индикацией 59
4.4 Выбор LED-дисплея для отображения занятых и свободных мест 64
4.5 Расчет суммарной мощности нагрузки 67
Выводы по разделу четыре 69
5 РАСЧЕТ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ 70
5.1 Выбор инвертора 70
5.2 Определение минимально необходимой ёмкости, типа и числа
аккумуляторных батарей 71
5.3 Расчёт минимально необходимой мощности солнечных установок 72
5.4 Выбор токопроводящих кабелей 80
5.5 Повышение надежности электроснабжения 82
Выводы по разделу пять 84
6 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ СИСТЕМ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 85
6.1 Расчёт экономической эффективности фотоэлектрической
электростанции 85
6.2 Расчёт экономической эффективности автономной системы автономного
электроснабжения на основе солнечных панелей и ветрогенератора 86
6.3 Расчёт общей стоимости системы управления парковочным
пространством 88
Выводы по разделу шесть 89
7 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 90
7.1 Условия применения элементов системы мониторинга 90
7.2 Мероприятия по обеспечению электромагнитной помехоустойчивости
устройств системы 93
Выводы по разделу семь 93
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 94
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 95
ВВЕДЕНИЕ 8
1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СРЕДСТВ ФИКСАЦИИ НАЛИЧИЯ
АВТОМОБИЛЯ НА ПАРКОВОЧНОМ МЕСТЕ 10
1.1 Инфракрасные датчики 11
1.2 Индуктивные датчики 12
1.3 Емкостные датчики 13
1.4 Магнитные датчики 14
1.5 Ультразвуковые датчики 15
1.6 Радиоволновые датчики 17
1.7 Лазерные датчики 18
1.8 Концевые датчики 21
1.9 Камеры видеонаблюдения 23
1.10 Результаты сравнительного анализа средств фиксации движения 24
Выводы по разделу один 25
2 ВЫБОР ПОДХОДЯЩЕГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО ДАТЧИКА 26
2.1 Особенности работы ультразвукового датчика 27
2.2 Выбор конструкции ультразвукового датчика 28
2.3 Минимальное и максимальное измеряемое расстояние 29
Выводы по разделу два 35
3 ОРГАНИЗАЦИЯ СЕТЕВОГО ПОДКЛЮЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ.... 35
3.1 Выбор беспроводного протокола передачи данных 36
3.2 Выбор топологической организации узлов сети 39
3.3 Выбор Wi-Fi-модуля для организации mesh-сети 45
Выводы по разделу три 50
4 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ СИСТЕМЫ 51
4.1 Выбор микрокомпьютера 52
4.2 Выбор источника света для световой индикации 55
4.3 Выбор реле для управления индикацией 59
4.4 Выбор LED-дисплея для отображения занятых и свободных мест 64
4.5 Расчет суммарной мощности нагрузки 67
Выводы по разделу четыре 69
5 РАСЧЕТ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ 70
5.1 Выбор инвертора 70
5.2 Определение минимально необходимой ёмкости, типа и числа
аккумуляторных батарей 71
5.3 Расчёт минимально необходимой мощности солнечных установок 72
5.4 Выбор токопроводящих кабелей 80
5.5 Повышение надежности электроснабжения 82
Выводы по разделу пять 84
6 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ СИСТЕМ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 85
6.1 Расчёт экономической эффективности фотоэлектрической
электростанции 85
6.2 Расчёт экономической эффективности автономной системы автономного
электроснабжения на основе солнечных панелей и ветрогенератора 86
6.3 Расчёт общей стоимости системы управления парковочным
пространством 88
Выводы по разделу шесть 89
7 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 90
7.1 Условия применения элементов системы мониторинга 90
7.2 Мероприятия по обеспечению электромагнитной помехоустойчивости
устройств системы 93
Выводы по разделу семь 93
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 94
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 95
Актуальность темы разработки. Спрос на парковку в крупных городах возрос и продолжает усиливаться с увеличением количества владельцев личного транспорта. По данным аналитического агентства «Автостат» Челябинская область расположилась на 9 месте по общему числу автомобилей. Всего на территории региона находится 1 млн. 78,5 тыс. зарегистрированных в ГИБДД машин. В Челябинской области сосредоточено 2.5% от общего числа автомобилей в стране (по состоянию на 1 июля 2018) [1]. Такая тенденция усиливает проблему поиска мест для парковки, приводит к транспортным заторам на дорогах города из-за увеличения блуждающего трафика, создаваемого водителями в поисках свободных мест, что в свою очередь, увеличивает общий уровень шума в городе и количество загрязняющих выбросов, таких как NO, CO2 и др. Можно сделать вывод, что решением проблемы будет создание новых парковок, однако, полагаясь на опыт США, Германии и других европейских стран, можем сделать вывод, что в долгосрочной перспективе это приведет к росту трафика в центре города, ухудшению внешнего облика города, росту расходов на уборку территории и другим отрицательным последствиям. Таким образом, приходим к выводу, что наиболее эффективным решением будет автоматизировать уже существующее парковочное пространство. Необходимо осуществить максимально продуктивное использование каждой парковки.
Целью работы является исследование различных вариантов существующих систем мониторинга парковочных мест. Разработка оптимальной энергоэффективной системы управления открытым парковочным пространством с автономным электроснабжением на основе возобновляемых источников энергии. Разработка общей структурной схемы.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) Сравнительный анализ существующих решений в сфере создания автома - тезированных парковок;
2) Усовершенствование и устранение недостатков существующих систем мониторинга;
3) Выбор элементов для реализации усовершенствованной системы, отвечающих требованиям электромагнитной совместимости, малогабаритности и энергоэффективности;
4) Составление общей структурной схемы системы.
Теоретическая и практическая значимость работы. Работа открывает направление исследований в области развития современных информационных технологий и применения информационных технологий для улучшения качества жизни и комфорта как жителей России в целом, так и водителей в частности.
Выявлены, обоснованы и описаны преимущества информационных технологий как инструмента развития парковочных систем. Показано, что с помощью этого инструмента становится возможным повысить эффективность и
удобство парковок, параллельно обеспечив их энергоэффективность за счет использования возобновляемых источников энергии.
Методы исследования:
- сравнительный анализ, систематизация и обобщение данных о существующих и разработанных способах автоматизации парковочного пространства;
- экспериментальные тесты по распознаванию присутствия автомобиля;
- тестирование алгоритмов распознавания;
Теоретическая основа исследования:
- зарубежные исследования и решения по созданию автоматизированных парковочных комплексов;
- современные концепции и технологии проектирования «умных» парковок.
Научная новизна данной работы заключается в конструировании и проектировании собственных компонентов системы мониторинга таким образом, чтобы они отвечали требованиям высокой надежности и имели низкую потребляемую мощность. Таким образом, вся система мониторинга парковочных мест будет полностью автономной, что приведет к сокращению потребления энергоресурсов.
Социальная значимость разработки. При успешной реализации системы управления парковочным пространством с автономным электроснабжением на основе возобновляемых источников энергии на улицах нашего города, помимо достижения основных целей проекта, мы также сможем изменить мнение людей о пользе и эффективности возобновляемых источников энергии, а также задать импульс в развитии городской инфраструктуры.
Преимущества для города:
- снижение загруженности улично-дорожной сети;
- снижение количества нарушений правил парковки;
- улучшение экологической ситуации за счет устранения «блуждающего» трафика;
- повышение популярности использования общественного транспорта;
- дополнительные поступления в бюджет за счет администрирования парковочного пространства.
Преимущества для жителей:
- увеличение доступности парковочного пространства;
- повышение скорости движения городского трафика за счет упорядочивания парковочного пространства;
- экономия времени и топлива;
- снижение общей загруженности и повышение уровня жизни в целом.
Целью работы является исследование различных вариантов существующих систем мониторинга парковочных мест. Разработка оптимальной энергоэффективной системы управления открытым парковочным пространством с автономным электроснабжением на основе возобновляемых источников энергии. Разработка общей структурной схемы.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) Сравнительный анализ существующих решений в сфере создания автома - тезированных парковок;
2) Усовершенствование и устранение недостатков существующих систем мониторинга;
3) Выбор элементов для реализации усовершенствованной системы, отвечающих требованиям электромагнитной совместимости, малогабаритности и энергоэффективности;
4) Составление общей структурной схемы системы.
Теоретическая и практическая значимость работы. Работа открывает направление исследований в области развития современных информационных технологий и применения информационных технологий для улучшения качества жизни и комфорта как жителей России в целом, так и водителей в частности.
Выявлены, обоснованы и описаны преимущества информационных технологий как инструмента развития парковочных систем. Показано, что с помощью этого инструмента становится возможным повысить эффективность и
удобство парковок, параллельно обеспечив их энергоэффективность за счет использования возобновляемых источников энергии.
Методы исследования:
- сравнительный анализ, систематизация и обобщение данных о существующих и разработанных способах автоматизации парковочного пространства;
- экспериментальные тесты по распознаванию присутствия автомобиля;
- тестирование алгоритмов распознавания;
Теоретическая основа исследования:
- зарубежные исследования и решения по созданию автоматизированных парковочных комплексов;
- современные концепции и технологии проектирования «умных» парковок.
Научная новизна данной работы заключается в конструировании и проектировании собственных компонентов системы мониторинга таким образом, чтобы они отвечали требованиям высокой надежности и имели низкую потребляемую мощность. Таким образом, вся система мониторинга парковочных мест будет полностью автономной, что приведет к сокращению потребления энергоресурсов.
Социальная значимость разработки. При успешной реализации системы управления парковочным пространством с автономным электроснабжением на основе возобновляемых источников энергии на улицах нашего города, помимо достижения основных целей проекта, мы также сможем изменить мнение людей о пользе и эффективности возобновляемых источников энергии, а также задать импульс в развитии городской инфраструктуры.
Преимущества для города:
- снижение загруженности улично-дорожной сети;
- снижение количества нарушений правил парковки;
- улучшение экологической ситуации за счет устранения «блуждающего» трафика;
- повышение популярности использования общественного транспорта;
- дополнительные поступления в бюджет за счет администрирования парковочного пространства.
Преимущества для жителей:
- увеличение доступности парковочного пространства;
- повышение скорости движения городского трафика за счет упорядочивания парковочного пространства;
- экономия времени и топлива;
- снижение общей загруженности и повышение уровня жизни в целом.
Согласно данным аналитического агентства «Автостат» Челябинская область занимает 9-е место по общему количеству автомобилей в России. По информации аналитиков каждый 4-й житель Челябинской области владеет автомобилем, и такая тенденция роста автопарка в регионе будет только продолжаться. Как показывает опыт развитых иностранных государств, развитие интеллектуальных парковочных систем с функцией помощи быстрого поиска свободного парковочного места, положительно влияет на интенсивность дорожного движения и на уровень выбросов, вырабатываемых водителями, находящимися в поисках свободного парковочного места.
Цель проектирования прототипа системы управления парковочным пространством на основе возобновляемых источников энергии - формирование эффективной системы управления городским дорожным хозяйством, создание безопасных и комфортных условий для жизни горожан, внесение значимого вклада в решение проблем водителей при поиске свободных парковочных мест, а также популяризации мероприятий по обеспечению энергоэффективности в условиях городской инфраструктуры.
Основная новизна предлагаемого проекта помимо выгодного соотношения стоимости внедрения такой системы и её возможностей, заключается в том, что на сегодняшний день на рынке отсутствуют бюджетные системы управления парковкой открытого типа. А особенности конфигурации спроектированной в данной работе системы позволяют масштабировать её под открытые парковки любой площади без демонтажа дорожного покрытия. На основе реальных опытов было подтверждено, что разработанная архитектура обнаружения свободных парковочных мест позволит сократить время поиска свободных мест на парковке и уменьшить количество выбросов, создаваемых так называемым «блуждающим трафиком».
Спроектированная технология сочетает в себе использование датчиков, навигационной системы индикации, визуализацию результатов мониторинга на экране перед въездом на парковку и низкий уровень потребляемой мощности, что позволяет реализовать электроснабжение системы мониторинга от возобновляемых источников энергии. Данные, полученные от микроконтроллеров в режиме реального времени помимо экрана, будут отображаться в разрабатываемом в данный момент мобильном приложении.
Цель проектирования прототипа системы управления парковочным пространством на основе возобновляемых источников энергии - формирование эффективной системы управления городским дорожным хозяйством, создание безопасных и комфортных условий для жизни горожан, внесение значимого вклада в решение проблем водителей при поиске свободных парковочных мест, а также популяризации мероприятий по обеспечению энергоэффективности в условиях городской инфраструктуры.
Основная новизна предлагаемого проекта помимо выгодного соотношения стоимости внедрения такой системы и её возможностей, заключается в том, что на сегодняшний день на рынке отсутствуют бюджетные системы управления парковкой открытого типа. А особенности конфигурации спроектированной в данной работе системы позволяют масштабировать её под открытые парковки любой площади без демонтажа дорожного покрытия. На основе реальных опытов было подтверждено, что разработанная архитектура обнаружения свободных парковочных мест позволит сократить время поиска свободных мест на парковке и уменьшить количество выбросов, создаваемых так называемым «блуждающим трафиком».
Спроектированная технология сочетает в себе использование датчиков, навигационной системы индикации, визуализацию результатов мониторинга на экране перед въездом на парковку и низкий уровень потребляемой мощности, что позволяет реализовать электроснабжение системы мониторинга от возобновляемых источников энергии. Данные, полученные от микроконтроллеров в режиме реального времени помимо экрана, будут отображаться в разрабатываемом в данный момент мобильном приложении.
