Разработка испытательного вибростенда на основе симбиоза баз ArduinoUno и RaspberryPi | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 5 февраля, печатный экземпляр отправим 9 февраля.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: , ,

Рубрика: Информационные технологии

Опубликовано в Молодой учёный №17 (203) апрель 2018 г.

Дата публикации: 30.04.2018

Статья просмотрена: 129 раз

Библиографическое описание:

Колесников, Р. И. Разработка испытательного вибростенда на основе симбиоза баз ArduinoUno и RaspberryPi / Р. И. Колесников, И. Д. Дёмин, П. В. Мешканцов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2018. — № 17 (203). — С. 24-26. — URL: https://moluch.ru/archive/203/49845/ (дата обращения: 24.01.2022).



С целью изучения вибрационных нагрузок на колесного робота был разработан испытательный стенд, на основе электромотора с эксцентриком мощностью 5W и максимальным напряжением 36V. Управление стендом осуществляется с пульта, позволяющего помимо дистанционной активации также регулировать вибрационную нагрузку на испытуемую модель путем изменения скорости работы электромотора.

Техническая составляющая эксперимента основана на использовании платформы ArduinoUno и Piezzo-датчиков с резисторами для съёма данных о вибрационных нагрузках. Блок RaspberryPi отвечает за создание сервера для передачи данных между персональным компьютером пользователя и платой Arduino.

Программный комплекс включает в себя скетч для Arduino, позволяющий отладить работу Piezzo-датчиков. С этой целью были созданы экземпляры com-портов, пронумерованные соответственно входам на плате Arduino, обеспечивающих скорость обмена данными 9600бит/сек. Были заведены переменные, в которые прописывались данные с датчиков, а так же переменные, отвечающие за прием входных команд с персонального компьютера пользователя. Также нами были созданы функции проверки входных данных и отправки собранных, которые в случае «успеха» записывают показания датчиков в назначенную переменную и пересылают на персональный компьютер. [1, стр.1]

Собранные данные передаются в виде массива. Для более удобного анализа был разработан программный комплекс на C#. Это позволило не только упростить работу с выходными данными, выводя их в виде графиков, но и управлять комплексом Arduino для получения показаний в нужный момент времени (рис.1) [4, стр.48]

На представленном графике ось Х отображает момент времени, а ось Y — частоту колебаний.

D:\My\!Магистра\Статья\График нагрузки.jpg

Рис. 1. График вибрационной нагрузки

Основной технической задачей при разработке испытательного вибрационного стенда является обеспечение стабильного питания основного электромотора, как от сети, так и от портативного зарядного устройства для стабильного поддержания напряжения. В цепь необходимо включить регулятор оборотов электродвигателя для изменения силы нагрузки вибростенда на испытуемую модель.

Выбор регулятора оборотов осуществлялся с учетом следующих факторов:

‒ мощность электромотора;

‒ мощность регулятора (должна соответствовать, либо быть больше мощности электромотора);

‒ максимальный ток, на который рассчитан регулятор (должен соответствовать, либо быть больше, чем ток, который потребляет электродвигатель;

‒ Тип тока (постоянный или переменный). В нашем случае используется электродвигатель постоянного тока. [2, стр.7]

Для сборки стенда были использованы следующие компоненты: коллекторный двигатель постоянного тока RS-385, регулятор оборотов, собранный на таймере NE555, и внешний аккумулятор с выходным током 1А и напряжением 36V.

Выбор этих компонентов обусловлен простотой схемы дальнейшей сборки и небольшой ценой используемых элементов. Схема регулятора представлена на рисунке 2.

555pwm

Рис. 2. Схема стандартного широтно-импульсного регулятора оборотов

Таймер NE555 следит за напряжением на конденсаторе С1, которое снимает вывод THR. Как только напряжение достигает максимума, открывается внутренний транзистор, который замыкает вывод DIS на «землю». В этот же момент на выходе OUT появляется логический ноль, конденсатор начинает разряжаться через выход DIS. Когда напряжение на нем становится равно нулю, система переключается в противоположное состояние, на выходе GND транзистор закрывается. Конденсатор начинает снова заряжаться, и всё повторяется. Заряд конденсатора С1 проходит по пути R4 — верхнее плечо R1 — D2, а разряд по пути D1 — нижнее плечо R1 — DIS. Когда крутится переменный резистор R1, меняются соотношения сопротивления верхнего и нижнего плеча, что, соответственно, меняет отношение длинны импульса к паузе.

Частота задается в основном конденсатором С1 и так же зависит от сопротивления на R1. Резистор R3 обеспечивает подтяжку выхода к высокому уровню, так как там выход с открытым коллектором, который не способен самостоятельно выставить высокий уровень.

Подключение ШИМ-регулятора осуществляется через 4 клеммы: две для подачи электропитания и две для соединения с электромотором.

Стендом можно управлять на расстоянии и получать данные с модулей и датчиков. За дистанционное управление и сбор данных отвечает блок на базе RaspberryPi.

RaspberryPi — это микрокомпьютер, помещенный на одной плате размером не больше современного смартфона. Он базируется на четырёхъядерном процессоре из серии ARMCortex-A53 с тактовой частотой 1.2 Гц, оперативной памятью номиналом 1ГБ, встроенным Wi-fi 802.11n и модулем Bluetooth 4.1. Вместо жёсткого диска операционная система устанавливается на Flash-карту.

Официальной операционной системой для всех моделей RaspberryPi является Raspbian — это Unix-подобная операционная система, состоящая полностью из бесплатного программного обеспечения, разработанная корпорацией RaspberryPI Foundation. [3, стр.5]

Для получения удаленного доступа к RaspberryPi необходимо на плате запустить ssh-сервер. Поскольку Raspbian является Unix-подобной системой, в ней есть терминал. В командной строке необходимо ввести функцию sudoraspi-config. После выполнения предыдущих действий откроется меню настроек Raspi-config. Далее следует выбрать пункт ssh, который запускает сервер. Для получения доступа к консоли RaspberryPi через SSH можно использовать программу Putty или Unix-подобную операционную систему с установленным ssh-сервером. Для проверки правильности запуска сервера в терминале вводится команда sshpi@192.168.1.1, где pi — учетная запись пользователя RaspberryPi, a 192.168.1.1 — ip-адрес микрокомпьютера. Если все настроено правильно, система запросит установить пароль. Наиболее удобный и быстрый способ связи RaspberryPi с персональным компьютером — это связь без пароля. С помощью утилит из Open SSH реализуется аутентификация по открытым ключам тремя шагами:

  1. Для генерации ключей аутентификации на персональном компьютере используется команда ssh-keygen.
  2. Установка сгенерированных ключей на RaspberryPi используется команда
  3. ssh-copy-id –I ~/.ssh/id_rsa.pub pi@192.168.1.1
  4. Для добавления секретного ключа в агент аутентификации на персональном компьютере используется команда ssh-add.

После выполнения данных команд подключение к удаленному ssh-серверу будет выполняться без ввода пароля. [3,стр.19]

Литература:

1. http://arduino.ru

2. www.easyelectronics.ru

3. http://kip-world.ru

4. Джереми Блум. Изучаем Arduino. Инструменты и методы технического волшебства. –БХВ-Петербург — 2018. — 336 с.

Основные термины (генерируются автоматически): DIS, SSH, персональный компьютер, GND, вибрационная нагрузка, высокий уровень, испытуемая модель, нижнее плечо, персональный компьютер пользователя, программный комплекс.


Похожие статьи

Автоматизация удаленного управления объектами

САУ функционирует в основном в составе производственного или какого-либо другого комплекса.

Продукты линейки CompactRIO отличаются высокой производительностью и гибкостью

Вес, г. 283. Скорость вращения без нагрузки, рад/с. 735. Инерция ротора, кг/м2.

Разработка алгоритма получения вибрационных характеристик...

В настоящее время автоматизированные системы испытаний авиационных ГТД строятся в основном на использовании персональных ЭВМ.

Основные термины (генерируются автоматически): шаговый двигатель, WINDING, STEP, DIRECTION, COMMON, LABVIEW, GND...

Системы встроенного контроля для интегрированного комплекса...

В любом случае эта вероятность выше, чем тогда, когда тестовая проверка систем авионики перед взлётом не проводилась.

Например, на самолете А-320 программное обеспечение необходимо постоянно обновлять на следующих бортовых компьютерах

Аналого-цифровой преобразователь как базовый элемент...

Если вывод REF- микросхемы TLC1549 подключен к общему проводу (GND), то нулевое напряжение на входе микросхемы преобразуется на выходе в код, соответствующий нулю

Гёлль П. Как превратить персональный компьютер в измерительный комплекс: Пер. с фр. /

Роль сетевой модели OSI в построении промышленных сетей

Физический уровень является первым уровнем сетевой модели OSI. Он предназначен для объединения с совокупностью физической среды, аппаратных и программных средств

За выполнением функций физического уровня со стороны компьютера отвечает сетевой адаптер.

Технология измерения уровней сформированности когнитивных...

Рассматриваемая модель организации учебно-познавательной деятельности как целое включает в себя ряд специфических действий и операций разного уровня.

Высокий уровень.

Анализ работы интегрированного комплекса авионики

За счет такого резервирования обеспечивается высокая надежность.

Кроме двух основных систем индикации — СЭИ и КИСС — на современных ЛА под разными названиями (электронный портфель, персональный

Режим меню- производится диалог с одним компьютером...

Угрозы безопасности локальных вычислительных сетей

Локальная сеть (LOCAL AREA NETWORK-LAN) -набор компьютеров (часто называемых рабочими станциями (Workstation)

I. Технические угрозы: 1. Ошибки в программном обеспечении. 2. Различные DoS- и DDoS-атаки. 3. Компьютерные вирусы, черви, троянские кони.

Управление шаговым двигателем с использованием...

Разработанный программно аппаратный комплекс позволяет непосредственно управлять работой ШД с ПК. Пользователь без особых усилий сможет разобраться с дружественным интерфейсом.

Похожие статьи

Автоматизация удаленного управления объектами

САУ функционирует в основном в составе производственного или какого-либо другого комплекса.

Продукты линейки CompactRIO отличаются высокой производительностью и гибкостью

Вес, г. 283. Скорость вращения без нагрузки, рад/с. 735. Инерция ротора, кг/м2.

Разработка алгоритма получения вибрационных характеристик...

В настоящее время автоматизированные системы испытаний авиационных ГТД строятся в основном на использовании персональных ЭВМ.

Основные термины (генерируются автоматически): шаговый двигатель, WINDING, STEP, DIRECTION, COMMON, LABVIEW, GND...

Системы встроенного контроля для интегрированного комплекса...

В любом случае эта вероятность выше, чем тогда, когда тестовая проверка систем авионики перед взлётом не проводилась.

Например, на самолете А-320 программное обеспечение необходимо постоянно обновлять на следующих бортовых компьютерах

Аналого-цифровой преобразователь как базовый элемент...

Если вывод REF- микросхемы TLC1549 подключен к общему проводу (GND), то нулевое напряжение на входе микросхемы преобразуется на выходе в код, соответствующий нулю

Гёлль П. Как превратить персональный компьютер в измерительный комплекс: Пер. с фр. /

Роль сетевой модели OSI в построении промышленных сетей

Физический уровень является первым уровнем сетевой модели OSI. Он предназначен для объединения с совокупностью физической среды, аппаратных и программных средств

За выполнением функций физического уровня со стороны компьютера отвечает сетевой адаптер.

Технология измерения уровней сформированности когнитивных...

Рассматриваемая модель организации учебно-познавательной деятельности как целое включает в себя ряд специфических действий и операций разного уровня.

Высокий уровень.

Анализ работы интегрированного комплекса авионики

За счет такого резервирования обеспечивается высокая надежность.

Кроме двух основных систем индикации — СЭИ и КИСС — на современных ЛА под разными названиями (электронный портфель, персональный

Режим меню- производится диалог с одним компьютером...

Угрозы безопасности локальных вычислительных сетей

Локальная сеть (LOCAL AREA NETWORK-LAN) -набор компьютеров (часто называемых рабочими станциями (Workstation)

I. Технические угрозы: 1. Ошибки в программном обеспечении. 2. Различные DoS- и DDoS-атаки. 3. Компьютерные вирусы, черви, троянские кони.

Управление шаговым двигателем с использованием...

Разработанный программно аппаратный комплекс позволяет непосредственно управлять работой ШД с ПК. Пользователь без особых усилий сможет разобраться с дружественным интерфейсом.

Задать вопрос