ВВЕДЕНИЕ 6
Обзор задачи 8
Глава 1. Анализ предметной области 9
1.1. Структура и функции системы управления АНПА 10
1.2. Функциональная схема локальной вычислительной сети АНПА 12
1.3. Навигационные средства АНПА 13
1.4. Анализ автономных необитаемых подводных аппаратов 14
1.5. Техническое задание 18
1.5.1 Требования назначения 18
1.5.2 Представление интерфейса 19
1.5.3 Технические требования ЭВМ для ПУ 19
Глава 2. Алгоритм работы программы 20
2.1 Структура главного окна 20
2.2 Возможности интерфейса 22
2.3 Модуль построения интерфейса 23
2.4 Внешний вид ПУ АНПА 31
2.5 Соединение с АНПА 33
2.6 Проверка готовности АНПА к работе 34
2.7 Включение опроса устройств АНПА 35
2.8 Включение основных цепей питания АНПА 36
2.9 Частная работа с каждым устройством 38
2.10 Структура вкладки ТОП 39
2.11 Работа с технологическими операциями 40
2.12 Создание и сохранение миссии 41
2.13 Загрузка и редактирование миссии 42
2.14 Работа с миссиями 43
Глава 3. Язык Delphi и компоненты для создания ПУ 45
3.1 Среда разработки 45
3.2 Система технического зрения 46
3.3 Вспомогательные компоненты 47
3.3.1 Async Professional 47
3.3.2 TeeChart 48
3.3.3 ZylGPSReceiver 49
Глава 4. Экономическая целесообразность и экономическая надежность разработки ПУ для АНПА 50
4.1 Экономическая целесообразность разработки ПУ для АНПА 50
4.2. Экономическая надежность разработки ПУ для АНПА 56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 60
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА) представляются в наше время одними из наиболее многообещающих средств изучения и освоения Мирового океана.
Уже сейчас АНПА применяются:
• для исследования дна перед началом подводных работ;
• для прокладывания подводных кабелей, в первую очередь, подо льдом;
• для обследования подводных сооружений, добывающих платформ и трубопроводов;
• для проведения глобальных подводных научных исследований в областях гидрофизики, морской биологии, химии, геологии, климатологии, подводная археологии;
• для поиска затонувших кораблей и самолётов;
• для поиска мин, со времен разных войн;
• как средство ведения подводной войны.
В дальнейшем область применения АНПА будет только расширяться.
Управление необитаемой подводной техникой высочайшего уровня сегодня невозможно без хорошего и качественного пульта, понятного для большинства пользователей. Одной из самых обсуждаемых задач является пользовательский интерфейс, который будет доступен и понятен для каждого. Для того чтобы знать, как поведет себя автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА) под водой, необходимо иметь на борту множество контрольно-измерительных средств с обратной связью. Изучение этого оборудования и написания к нему программных модулей представляет чрезвычайно сложную и кропотливую задачу. Проведение таких исследований под водой весьма затруднительно как из экономических соображений, так и в связи со статическим характером задачи. По своей сути изучение, разбор протоколов и логики измерительных устройств на борту является непростым заданием с последующей обработкой накопленных данных. Для качественного написания программного обеспечения (ПО) требуются длительное время, чтобы разобрать протоколы каждого устройства, задать логику работы между собой и отладить это все на макете и реальном оборудовании.
Главная задача пульта управления (ПУ) - это контроль двигателей, получение данных с глубины по радиосвязи, гидроакустики и кабелю Ethernet.
В настоящее время для исследования задач отработки погружения, всплытия и выполнения миссий под водой с ПУ необходимы испытательные стенды/макеты. Стоимость изготовления такого стенда и время на его создание достаточно высоки, поэтому естественным является желание ограничиться предельно простыми устройствами, позволяющими качественно и верно провести отладку ПУ. Таким устройством может послужить обычный эмулятор COM-порта, выполняющий роль некого оборудования на борту и отсылающий в ПУ нужные данные по протоколу.
В данной дипломной работе рассматривается общий алгоритм и интерфейс ПУ для АНПА, с учетом специализированного оборудования на борту, его протоколов и поведения в воде. Так же актуальна проблема передачи данных на больших глубинах, до 10 000 метров.
Цель работы заключается в разработке программного обеспечения, реализующего соединение с аппаратом по трем видам связи сказанных выше, получение данных о нахождении аппарата по технологии GPS и в свободном управлении/перемещении его под водой с обходом препятствий, и нахождением металлическим объектов по средствам электромагнитного искателя (ЭМИ).
Обзор задачи
Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка программы для управления автономным необитаемым подводным аппаратом. Весь проект реализован на языке программирования Delphi.
В работе следует привести необходимые технические характеристики аппарата. Также следует рассмотреть логику поведения при обнаружении препятствий и металлических предметов.
Разработанная программа должна выполнять следующие задачи:
С помощью одного из трех видов связей установить соединений с АНПА, указав в настройках IP-адрес для соединения по проводу или COM-порту для соединения по маяку или Wi-Fi, когда аппарат на поверхности.
После установки соединения, произвести опрос всех устройств на борту и убедиться в их правильном функционировании.
Менеджер миссий будет представлять окно составления/редактирования задач для аппарата в воде и под водой в своем, уникальном формате.
Изначально на борту планируется минимальный набор оборудования:
• Батарейные модули;
• Гидролокатор бокового обзора;
• Датчик глубины;
• Датчик наличия воды;
• Двигательно-рулевой комплекс;
• Система управления питанием;
• Электромагнитные искатели.
В процессе написания данной системы управления АНПА, разобрать принцип работы каждого устройства и его протокол передачи данных. Изучить поведение этого устройства в воде и составить некую логику поведения в штатных и внештатных ситуациях. Дать оценку потребления ресурсов программы и собрать под нее электронно-вычислительную машину (ЭВМ).
Глава 1. Анализ предметной области
Автономный подводный аппарат (АПА) — роботизированный аппарат, который имеет способность передвигаться под водой самостоятельно без оператора. Такие аппараты являются частью большей группы подводных аппаратов, называемых беспилотные подводные аппараты, этот класс включает в себя не автономные дистанционно-управляемые подводные аппараты - которые управляются и питаются с берега оператором (пилотом), или с помощью дистанционного управления.
До относительно недавнего времени, АПА использовались лишь в ограниченных областях применения, в зависимости от имеющихся технологий. С развитием технологий обработки данных и высокоэффективных источников питания, АПА стали использоваться чаще и развиваться. По форме АНПА — это твердое тело, напоминающее торпеду, перемещается под водой с целью сбора информации о рельефе и строении верхнего слоя дна, о наличии на дне предметов и препятствий. Энергопитание АНПА осуществляется от аккумуляторов или другого типа батарей. По массе и размерам АНПА условно делят на «большие», «средние» и «малые».
В ходе выполнения дипломной работы была разработана программа, позволяющая управлять и создавать миссии для необитаемого подводного аппарата, с возможностью выполнения сложных задач на больших глубинах.
В работе приведены технические характеристики АНПА, рассмотрено множество оборудования, связанного с подводной техникой и его управления с пульта.
В работе были приведены необходимые технические характеристики аппарата. Также были рассмотрены логика поведения при обнаружении препятствий и металлических предметов.
Разработанная мной программа выполняет следующие задачи:
• определение глубины;
• поиск предметов на глубине;
• определение координат на поверхности воды и под водой;
• выполнение заранее составленных миссий и заливка их на борт;
• управление двигателями;
• обход препятствий;
• фиксация изображений с телекамер.
В процессе написания данной системы управления АНПА, я разобрала принцип работы каждого устройства и его протокол передачи данных. Изучила поведение этих устройств в воде и составила логику поведения в штатных и внештатных ситуациях. Дала оценку потребления ресурсов программы и собрала под нее электронно-вычислительную машину.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
