Телефон: +7 (383)-312-14-32

Статья опубликована в рамках: LI Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 30 марта 2017 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Радиотехника, Электроника

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Протасов А.В. РАЗРАБОТКА МОБИЛЬНОГО РОБОТА НА БАЗЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА MSP430 // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. LI междунар. студ. науч.-практ. конф. № 3(50). URL: https://sibac.info/archive/technic/3(50).pdf (дата обращения: 28.10.2020)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 111 голосов
Дипломы участников
Диплом лауреата
отправлен участнику

РАЗРАБОТКА МОБИЛЬНОГО РОБОТА НА БАЗЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА MSP430

Протасов Артем Валерьевич

студент, кафедра математического обеспечения и администрирования информационных систем, ЮФУ,

РФ, г. Таганрог

Научный руководитель Шаронина Людмила Валерьевна

канд. экономических наук, доцент, ЮФУ,

РФ, г. Таганрог

Защита от пожаров является актуальной задачей, особенно в замкнутых пространствах: производственных помещениях, складах, подземных сооружениях, учебных заведениях, ангарах и пр. Мобильный робот предназначен для извещения об очагах возгорания и задымленности помещений. Для обнаружения очагов возгорания на роботе установлен сенсор температуры, а для обнаружения задымленности – сенсор продуктов горения (таких как: CO2, CO, CxHy). Робот способен перемещаться по помещению, объезжая препятствия и выполняя поставленный алгоритм, что позволяет ему объезжать все помещение.

В данной работе представлен проект мобильного робота на базе микроконтроллера MSP430 с экономической оценкой финансовых затрат на  производство одной модели. Затраты на создание робота были минимизированы с целью удешевить производство моделей роботов.

Выбор необходимых датчиков и микроконтроллера

Датчики измерения расстояния. Для начала было решено выбрать бесконтактные датчики измерения расстояния. Они применяются для регистрации наличия или отсутствия определенного класса объектов в зоне своего действия. В таблице 1 представлено сравнение ультразвуковых и лазерных датчиков измерения расстояния.

 

Таблица 1.

Сравнение характеристик и цен моделей датчиков определения расстояния [1]

Вид

Модель

Погрешность

Диапазон

Цена

Ультразвуковые датчики

HC-SR04

+/-0,3 см

2 - 400 см

70 руб

URM37

+/-0,4 см

4 - 500 см

1300 руб

Лазерные датчики

GP2Y0A021

-

10 - 80 см

1300 руб

GP2Y0A02YK

-

20 - 150 см

540 руб

GP2Y0A41

-

4 - 30 см

740 руб

Инфракрасные датчики

MH-Sensor-Series Flying-Fish

-

2-80 см

50 руб

 

Датчики определения газов. Вторым этапом были выбраны газовые извещатели. Они предназначены для определения газов, выделяющихся при тлении и горении различных материалов. Принцип выбранного типа датчиков основан на изменении электропроводности полупроводникового газочувствительного слоя при химической адсорбции на его поверхности газов.

Выбор полупроводниковых датчиков обусловлен следующими причинами:

  • низкая цена, по сравнению с другими типами датчиков;
  • портативность;
  • диапазон измеряемых значений полностью удовлетворял целям задачи;
  • ток питания равен току батареи робота.

В таблице 2 представлено сравнение разных моделей газоаналитических датчиков.

Таблица 2.

Сравнение датчиков дыма [2]

Виды

Модель

Диапазон измеряемых значений

Цена

Полупроводниковые датчики

MQ-8

20 – 2000 ppm

640 руб

MQ-7

20 – 2000 ppm

540 руб

MQ-2

300 – 5000 ppm

440 руб

MQ-135

10 – 1000 ppm

110 руб

 

Датчики измерения температуры. Для определения прямых очагов огня выбор пал на термодатчики, которые способны измерять температуру, тем самым сигнализируя о очаге огня. После подробного изучения различных типов термодатчиков, было решено использовать термометр сопротивления, а именно термистор. Это полупроводниковый резистор, изменяющий свое сопротивление в зависимости от температуры. Сравнение моделей датчиков представлено в таблице 3.

Таблица 3.

Сравнение разных характеристик и цен термодатчиков [1]

Вид

Модель

Диапазон

Цена

Термометр сопротивления

DHT11

0…50 0C

60 руб

DHT22

-40…125 0C

250 руб

DS18B20

-55…125 0C

290 руб

 

Драйвер двигателей. Драйвер двигателей постоянного тока – это электронное устройство, предназначенное для преобразования электрических сигналов, целью которого является управления двигателями постоянного тока.

Использование этого устройства обуславливается несколькими причинами:

  1. драйвер позволяет регулировать скорость вращения двигателей;
  2. токи, которые выдерживают контакты микроконтроллера обычно не превышает 10 мА, а ток работы двигателей больше 80 мА (а при блокировки мотора до 1600 мА).

Сравнение различных драйверов двигателей постоянного тока представлено в таблице 4.

Таблица 4.

Сравнение характеристик и цен драйверов двигателей [2]

Модель

Кол-во подключаемых моторов

Цена, руб

L298N

2

90

L298D

2

190

Motor Shield

2

1290

 

Выбор микроконтроллера. Микроконтроллеры – это микросхемы, которые предназначены для управления электронными устройствами. Они сочетают в себе функции процессора, периферийных устройств, имеют встроенную ОЗУ и ПЗУ память. Существует большое множество микроконтроллеров и все они отличаются типом архитектуры, количеством памяти, рабочей частотой и сферой применения. Основываясь на задаче проекта, был составлен перечень необходимых требований для микроконтроллера: - размер памяти для программной части не меньше 16 Кб; - напряжение питания от 3.6V до 12V; - около 16 контактов для входа/выхода; - малое энергопотребление, желательно сверхнизкое; -высокая тактовая частота.

В таблице 5 представлено сравнение различных микроконтроллеров.

Таблица 5.

Сравнение характеристик и цен различных микроконтроллеров. [2]

Название

Энергопотребление

Количество портов

Тактовая частота

Напряжение питания

Цена, руб.

MSP430G2553

0.5 µA

24

16MHz

1.8V-3.6V

1000

Arduino Uno

40 mA

24

16MHz

6V-20V

590

Arduino Nano

19 mA

22

16MHz

5V

80

Arduino Mega

20 mA

70

16MHz

6V-20V

620

 

В результате, был выбран микроконтроллер MSP430G2553. Это не самый дешевый вариант микроконтроллера, но у данного микроконтроллера самое низкое энергопотребление, что выделяет его из семейства микроконтроллеров Arduino.

Итоги выбора датчиков и микроконтроллера. Внимательно изучив все представленные датчики и цены, которые предлагают продавцы, а также приняв во внимание тот факт, что необходимо максимально удешевить конечный проект, был составлен финальный список датчиков, драйвера двигателей и микроконтроллера. Список купленных и используемых датчиков, и драйвера двигателей представлен в таблице 6.

Таблица 6.

Перечень датчиков и микроконтроллера для робота с ценами [2]

Перечень компонентов

Название

Цена

Датчик измерения расстояние

HC-SR04

70 руб

Газоанализирующий датчик

MQ-135

110 руб

Датчик измерения температуры

DHT11

60 руб

Драйвер двигателей

L298N

90 руб

Микроконтроллер

MSP430G2553

1000 руб

Стоимость датчиков и микроконтроллера: итого

1330 руб

 

 

Разработка электрической схемы и печатной платы робота.

Схема разрабатывалась в программе sPlan 7.0. Схема представлена на рисунке 1.

 

Рисунок 1. Схема робота

 

На основе схемы была разработана схема печатной платы робота в программе Sprint Layout 6.0. Схема печатной платы представлена на рисунке 2.

 

Рисунок 2. Печатная плата робота

 

Проведя анализ сроков, размеров и цен от производителей печатных плат  (таблица 7), была выбрана компания Чип Селект, которая позволяет заказать плату в количестве 1 шт.

Таблица 7.

Компании, цены и сроки производства печатной платы

Компания

Сроки изготовления

Размер партии

Цена

Электроконнект

14 раб. дней

10

2938 руб

Itead

2 раб. дня + доставка из Китая

10

2174 руб

Чип Селект

55-70 раб. дней

1

163 руб

 

 

Таким образом, стоимость производства разработанной одной модели мобильного робота на базе микроконтроллера MSP430, составляет 1923 руб. (таблица 8).

Таблица 8.

Общая стоимость производства одной модели робота

Компоненты робота

Цена

Датчики и микроконтроллер

1330 руб

Производство печатной платы

163 руб

Прочие комплектующие (болты, гайки, оргстекло для платформы и т.д.)

430 руб

Итого

1923 руб

 

 

Изучив предлагаемые модели дымоуловителей не было найдено автономных роботов, которые способны, исполняя заложенный алгоритм [3, с. 188], перемещаться по помещению и улавливать дым, а также искать прямые очаги огня. Сейчас предлагаются потолочные датчики, цена и установка которых стоит больших денег, чем цена одного робота. В заключение следует сказать, что автономный робот, разработанный нами, вполне может конкурировать на рынке с другими пожарными датчиками.

 

Список литературы:

  1. Джек Ма, Пэн Лэй Alibaba Group - 2010 - [электронный ресурс] – Открытый.– URL: http://www.alibaba.com/  (дата обращения: 12.04.2016)
  2. ООО «Амперка». – 2010. – [электронный ресурс] – Открытый. – URL: http://amperka.ru/ (дата обращения 10.05.2016)
  3. Стивен Скиена. Алгоритмы. Руководство по разработке. – 2-е изд.: Пер. с англ. – СПб.: БХВ-Петербург, 2014. – 720 с.
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 111 голосов
Дипломы участников
Диплом лауреата
отправлен участнику

Комментарии (11)

# Альбина 04.04.2017 23:49
отлично
# Артем Протасов 05.04.2017 21:32
Очень приятно) Большое спасибо за отзыв!
# Андрей 06.04.2017 01:46
Согласен, отличная статья с хорошей разработкой
# Артем Протасов 08.04.2017 19:20
Спасибо! Очень приятно!
# Даниил 09.04.2017 10:46
Хорошая статья
# Денис 10.04.2017 21:05
Схема не по ГОСТу, чертеж пп, такое чувство, что в paint`e, выбор микроконтроллера вообще ни сколько не логичен.. Комментировать можно много.. но был бы в этом смысл.
# pavluha 10.04.2017 21:44
успехов тебе!!! но помни что создатель может и убить
# Артем 10.04.2017 22:40
Даниил, большое спасибо! Мне очень приятно, что Вам понравилась статья!
# Владимир 10.04.2017 22:58
Arduino nano, arduino uno - это не микроконтроллеры, это платформа, при чем использующая один и тот же микроконтроллер Atmel ATmega328, и обе эти платы отличаются только формфактором. Это во первых... Во вторых, а где о роботе то сам текст? )) Кроме того, скорее всего главное тут будет ПО. А так, это просто список деталей и умозрительные заключения о их цене, у меня лежит вон на столе по коробках в гораздо большем ассортименте, но это ни разу не робот еще.
# Владимир 11.04.2017 00:13
Arduino nano, arduino uno - это не микроконтроллеры, это платформа, при чем использующая один и тот же микроконтроллер Atmel ATmega328, и обе эти платы отличаются только формфактором. Это во первых... Во вторых, а где о роботе то сам текст? ))Какое шасси, его стоимость? АКБ? Сигнализировать он в рельсу будет? Кроме того, скорее всего главное тут будет ПО. А так, это просто список деталей и умозрительные заключения о их цене, у меня лежит вон на столе по коробках в гораздо большем ассортименте, но это ни разу не робот еще.
# Артем 11.04.2017 14:59
Статья была направлена на оценку стоимости. Спасибо за отзыв!

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом