«уфимскийгосударственный колледж радиоэлектроники, телекоммуникаций и безопасности»
|
Скачать 1.2 Mb.
|
|
Разработка устройства генерации мелодии на базе программно – аппаратной платформы Arduino Кузьмин К.Р., студент Уфимского колледжа радиоэлектроники, телекоммуникаций и безопасности Даукаева Э.Р., научный руководитель, преподаватель Уфимского колледжа радиоэлектроники, телекоммуникаций и безопасности Сегодня микроконтроллеры получили широкое распространение благодаря своим небольшим размерам и функциональности, сравнимой с компьютером. Именно микроконтроллеры входят в состав большинства ежедневно используемых устройств, от мобильного телефона, электронных часов и микроволновой печи, до телевизора, стиральной машины и автомобильной электроники. Микроконтроллер часто также называют однокристальной микро-ЭВМ. Это обусловлено конструкцией микроконтроллера. Он выполняется в виде небольшой микросхемы, на одном кристалле которой, содержатся все компоненты микроконтроллера – процессор, запоминающие устройства, периферийные устройства, включая устройство ввода-вывода. Существует большое количество различных устройств, направленных на развлечение, проведение досуга. В том числе различные электронные музыкальные инструменты и их вариации. Такие устройства способны синтезировать новые звуки, воспроизводить несколько звуков одновременно, склеивать и комбинировать музыкальные треки. Некоторым из этих устройств для работы нужен компьютер, другие функционируют автономно. Многие устройства, работающие по принципу музыкальных инструментов – воспроизводящие одну или несколько нот при любом действии пользователя – сложны в освоении. Более простые устройства требуют от пользователя задать некоторое начальное состояние или менять положение органов управления. В этих устройствах звук воспроизводится непрерывно. Как правило, основным недостатком такого рода музыкальных устройств является цена. В соответствии с поставленной задачей был разработан проект «устройства генерации мелодии на базе платформы Arduino» Проведен обзор аналогов существующих устройств для дальнейшего сравнения с разрабатываемым. Сравнение показывает, что разработанное устройство генерации мелодии на базе платформы Arduino имеет преимущество, как в цене, так и по габаритам, что дает ему возможность быть более доступным и выгодным в использовании. Помимо Arduino в проекте используется еще несколько блоков: – блок управления – предназначен для управления и навигации по экрану – блок обработки – выполняет основные действий по расчету выводимой картинки и воспроизводимых звуков; – блок вывода визуальной информации – экран в виде светодиодной матрицы, предназначен для отображения визуальной информации; – блок вывода звуковой информации – состоит из платы «MP3-плейера» и вывода для подключения акустического устройства; – акустическое устройство – устройство, подключаемое к выводу для подключения акустического устройства (наушники, колонки и пр.). Структурная схема устройства Принципиальная схема устройства Представлена электрическая принципиальная схема, для возможности изучения принципа работы схемы устройства и его дальнейшего правильного использования Основным элементом при разработке принципиальной схемы является платформа Arduino. Она соединяется с джойстиком (А1) обеспечивающим управление устройством. Arduino соединяется со светодиодной матрицей (DD2), которая в ответ на управляющие сигналы изменяет отображаемую картинку. Arduino соединяется со звуковым модулем (DD3), который, при поступлении соответствующего сигнала, начинает воспроизводить некоторый звуковой файл. Кнопка (SB1) осуществляет аппаратный сброс, что приводит к перезапуску. Проведены обзор и сравнение аналогов компонентов, используемых при разработке устройства. Arduino Mega имеет чрезмерно большие габариты, Arduino Uno также уступает по этому пункту, Arduino Nano, используемому в устройстве. Светодиодная матрица 24х16 с контроллером HT1632C не только дешевле своих аналогов, но и имеет соотношение сторон более приятное глазу. Плата «WTV020SD», несмотря на схожие характеристики с платами WT588D и WT5001M02-28P, имеет меньшую цену, а также поддерживает возможность установки SD-карты памяти, что делает её более выгодной и удобной в использовании. Джойстик Keyes SJoy в отличие он своих аналогов исполнен на плате, удобной для использования с платформой Arduino. Программирование микроконтроллера выполняется с помощью программы Arduino IDE 1.6.9, которая удобна для использования, благодаря встроенным функциям. Устройство разрабатываемого «Интернет – радио» представляет собой две небольшие макетные платы с несколькими элементами на них. Макетная плата выбрана благодаря возможности удобного расположения на ней необходимых элементов и дальнейшего соединения их с Arduino Nano с помощью проводов. Arduino Nano закреплена на краю одной платы для возможности вывода встроенного USB интерфейса из корпуса устройства. Звуковой модуль закреплен на другой плате, так чтобы обеспечить удобную замену SD-карты. Светодиодная матрица закреплена на крышке корпуса, для удобного доступа ко всем элементам. Макетные платы и все находящиеся на них модули размещены в корпусе, выполненном из картонной коробки, размерами 175 х 117 х 44 миллиметров. Для подачи питания на устройство, необходимо подключить устройство с помощью кабеля USB к компьютеру или через переходник к розетке. После запуска устройства, на светодиодной матрице загорятся светодиоды по периметру, ограничивая поле, и начнет двигаться точка Для работы с устройством надо с помощью наклонов джойстика установить мигающий курсор в начальную позицию, нажать кнопку джойстика и продолжить наклонами джойстика рисовать. Чтобы сбросить нарисованную картинку и начать заново, надо нажать на кнопку сброса. Рассчитаны показатели надежности. Показатель интенсивности отказов равен 0,0882*10–6, вероятность безотказной работы близка к единице, а наработка на отказ равна 11337868 часов. Благодаря проведенным расчетам можно сделать вывод, что надежность «устройства генерации мелодии на базе платформы Arduino» достаточно высока. Произведены расчеты основных экономических показателей устройства:
После проведения расчетов полная себестоимость устройства – 4498,72 рублей, а оптовая цена равна 5398,46 рублей. Благодаря своим небольшим габаритам, разработанное устройство может использоваться в развлекательных целях, в образовательных целях, для знакомства с платформой Arduino и её языком программирования. Устройство позволяет проявить способности импровизации, делая музыку из геометрических фигур. Разработка устройства «Хронограф на базе платформы Ардуино» Лутфуллин Э.Д студент Уфимского колледжа радиоэлектроники, телекоммуникаций и безопасности Литвинова И.В., научный руководитель, преподаватель Уфимского колледжа радиоэлектроники, телекоммуникаций и безопасности Микроконтроллер (англ. MicroControllerUnit, MCU) — микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ и (или) ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять относительно простые задачи. Отличается от микропроцессора интегрированными в микросхему устройствами ввода-вывода, таймерами и другими периферийными устройствами. Ардуино — торговая марка аппаратно-программных средств для построения простых систем автоматики и робототехники, ориентированная на непрофессиональных пользователей. Программная часть состоит из бесплатной программной оболочки (IDE) для написания программ, их компиляции и программирования аппаратуры. Аппаратная часть представляет собой набор смонтированных печатных плат, продающихся как официальным производителем, так и сторонними производителями. Полностью открытая архитектура системы позволяет свободно копировать или дополнять линейку продукции Ардуино. Ардуино может использоваться как для создания автономных объектов автоматики, так и подключаться к программному обеспечению на компьютере через стандартные проводные и беспроводные интерфейсы. Ардуино и Ардуино-совместимые платы спроектированы таким образом, чтобы их можно было при необходимости расширять, добавляя в устройство новые компоненты. Эти платы расширений подключаются к Ардуино посредством установленных на них штыревых разъёмов. Существует ряд плат с унифицированным конструктивом, допускающим конструктивно жесткое соединение процессорной платы и плат расширения в стопку через штыревые линейки. Кроме того, выпускаются платы уменьшенных габаритов (например, Nano, Lilypad) и специальных конструктивов для задач робототехники. Независимыми производителями также выпускается большая гамма всевозможных датчиков и исполнительных устройств, в той или иной степени совместимых с базовым конструктивом Ардуино. В концепцию Ардуино не входит корпусной или монтажный конструктив. Разработчик выбирает метод установки и механической защиты плат самостоятельно. Сторонними производителями выпускаются наборы робототехнической электромеханики, ориентированной на работу совместно с платами Ардуино. В проекте была выбрана разновидность Nano из-за более подходящих характеристик и цены Хронограф - это устройство для замера начальной скорости пули пневматического оружия, нужен он в первую очередь специалистам при модернизации оружия, чтоб сравнивать скорость винтовки/пистолета до и после изменений. Стрелку любителю такой устройство может тоже оказаться очень полезным, он поможет не ошибиться или не дать себя обмануть в магазине при покупке той или иной пневматики, ну или просто поможет лучше узнать своё оружие. В устройстве все построено на аналоговых датчиках и одной платформы Ардуино. Структурная схема устройства  Микропереключатель используется для подачи на платформу Ардуино сигнала в случае срабатывания кнопки. Платформа Ардуино принимает сигнал с микропереключателей и на их основе вычисляет скорость. Основой является платформа Ардуино (на схеме DD1). К информационным входам D2 и D3 платформы присоединены микропереключатели(SB1 и SB2). При замыкании переключателя на платформу подается сигнал, после чего Ардуино вычитывает время прохождения и скорость проходящего объекта и выдает данные на ПК. Микропереключатели1 и 2подключается к выводам 5Vи GNDплатформы Ардуино. Целью данного дипломного проекта является разработка устройства Хронограф на базе платформы Ардуино.Объектом исследования является платформа Ардуино, предмет исследования–построение на ее основе устройства измерителя скорости. Принципиальная схема устройства  Актуальность проекта состоит в том, чтоХронограф будет обладать значительными преимуществами по сравнению со своими аналогами на рынке, а именно простотой в эксплуатации и надежности, не требовать специальных навыков для ремонта и установки. Практическая значимость проекта в том, что Хронограф можно использовать не только любителям стрельбы, но и профессиональными оружейниками. Основное назначение измерение скорости пули, но можно применять устройство и для измерения скорости любых объектов, которые могут пройти через датчики. Разработка устройстваинтерактивной игры на базе программно-аппаратной платформы Arduino Мифтахов Б.И., студент Уфимского колледжа радиоэлектроники, телекоммуникаций и безопасности Литвинов И.В.,научный руководитель, преподаватель Уфимского колледжа радиоэлектроники, телекоммуникаций и безопасности Arduino - это эффективное средство разработки программируемых электронных устройств, которые, в отличие от персональных компьютеров, ориентированы на тесное взаимодействие с окружающим миром. Это открытая программируемая аппаратная платформа для работы с различными физическими объектами. Представляет собой простую плату с микроконтроллером, а также специальную среду разработки для написания программного обеспечения микроконтроллера. Arduino может использоваться для разработки интерактивных систем, управляемых различными датчиками и переключателями. Такие системы, в свою очередь, могут управлять работой различных индикаторов, двигателей и других устройств. Проекты Arduino могут быть как самостоятельными, так и взаимодействовать с программным обеспечением, работающем на персональном компьютере (например, приложениями Flash, Processing, MaxMSP). Любую плату Arduino можно собрать вручную или же купить готовое устройство; среда разработки для программирования такой платы имеет открытый исходный код и полностью бесплатна. Язык программирования Arduino является реализацией похожей аппаратной платформы "Wiring", основанной на среде программирования мультимедиа "Processing". Микроконтроллеры для Arduino отличаются наличием предварительно прошитого в них загрузчика (bootloader). С помощью этого загрузчика пользователь загружает свою программу в микроконтроллер без использования традиционных отдельных аппаратных программаторов. Загрузчик соединяется с компьютером через интерфейс USB или с помощью отдельного переходника UART-USB. Поддержка загрузчика встроена в Arduino IDE. Актуальность выбранной темы работы обусловлена тем что для развития навыков в программировании и построения устройствArduino имеет ряд преимуществ в отличии от множества других микроконтроллеров и платформ? которые предлагают схожую функциональность.  Рисунок 1 –Процесс игры на интерактивном устройстве Посредством кнопок управления производится перемещение "змейки" по полю игры. По окончанию игры на матрице выводится количество набранных очков. После нажатия любой кнопки управления программа начинается заново. Структурная схема устройства состоит из следующих блоков: -Arduino – предназначен для обработки информации. В ее памяти содержится код программы. Платформа принимает сигналы кнопок управления, формирует программы и передает сигнал на Led матрицу которая выводит информацию; -Led матрица – светодиодная матрица обеспечивает отображение информации, управляется с помощью чипа MAX7219 и библиотек Arduino; -кнопки управления – обеспечивают управление движением игры "змейка». Кнопка 1 управляет движением влево, кнопка 2 -движением вправо; -индикатор – показывает готовность устройства к работе.  Рисунок 2 -Структурная схема устройства интерактивной игры на базе программно-аппаратной платформы Arduino Основой устройства является платформа Arduino Nano. Питание устройства осуществляется от порта USB-mini. С цифрового входа D12информационный сигнал подается на светодиодную матрицу к линии DIN, данные загружаются в 16-ти разрядный сдвиговый регистр по переднему фронту тактового сигнала. Тактовый сигнал информации поступаетc вывода D10 на вывод CLK светодиодной матрицы, по нему производится считывание сигнала данных с входа. Вывод CSсветодиодной матрицы подключен к выводу D11 платформы. По нему передается сигнал выбора устройства. Катод светодиода подключается к выходу D2, а анод к линии GND светодиодной матрицы. При включении устройства светодиод кратковременно загорается и показывает, что устройство готово к работе. Кнопки SB1 иSB2 подсоединены к аналоговым входамA0 иA1 платформы соответственно. При нажатии формируется сигнал для управления движением вправо или влево.  Рисунок 3- Принципиальная схема представлена в графической части Положительное питание для светодиодной матрицы подается с входа5V платыArduinoNano к входу VCC матрицы. Отрицательное"земля"с вывода GND ArduinoNano к выводу GND светодиодной матрицы. Сборка данного устройстваразвивает навыки в программировании и построении устройств на базе Arduino и имеет ряд преимуществ в отличии от множества других микроконтроллеров и платформ,которые предлагают схожую функциональность. Практической значимостью устройства интерактивной игры на базе программно-аппаратной платформы Arduinoявляется улучшение концентрации внимания, развитие скорости реакции, а также игра – это приятное времяпрепровождение и отдых от физической и умственной работы. |
Похожие:
 |
Дипломный проект) На тему Флэш-накопитель с информационным дисплеем ( Факультет электроники и телекоммуникаций Кафедра радиоэлектроники и телекоммуникаций |
|
Дипломная работа На тему «Оптимизация технологических процессов изготовления лазерных зеркал» Факультет электроники и телекоммуникаций Кафедра радиоэлектроники и телекоммуникаций |
|
Дипломная работа или дипломный проект На тему «Лазерная установка... Факультет электроники и телекоммуникаций Кафедра радиоэлектроники и телекоммуникаций |
 |
История связи информационный дайджест Архангельский колледж телекоммуникаций (филиал) Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им проф. М. А.... |
|
Уфимский государственный колледж радиоэлектроники утверждаю Практическая работа №29 Разработка проекта плана мероприятий угкр по совершенствованию пожарной безопасности объекта |
|
Отчет по результатам самообследования Государственного бюджетного... ... |
|
«уфимский государственный колледж радиоэлектроники» Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования |
|
Уфимский государственный колледж радиоэлектроники утверждаю Практические занятия №4,5 «Расчёт разветвлённой цепи с помощью законов Кирхгофа» |
|
Рабочая программа профессионального модуля пм. 01 Ведение технологического... ... |
|
Уфимский государственный колледж радиоэлектроники утверждаю Настройка интеллектуальных параметров оборудования технологических мультисервисных сетей (vlan, stp, rstp, mstp, ограничение доступа,... |
|
Уфимский государственный колледж радиоэлектроники утверждаю Практическое занятие №13 «Решение задач по определению соотношения Международной системы с единицами системы егс и внесистемными... |
|
Практическая работа №1,2 «Организация блоков памяти» Государственного бюджетного образовательного учреждения среднего профессионального образования «Уфимский государственный колледж... |
|
И радиоэлектроники Большое количество пожаров, происходящих на предприятиях, в учреждениях, организациях и быту объясняются, прежде всего, несоблюдением... |
|
Сборник методических указаний для студентов по выполнению лабораторных работ дисциплина «химия» Методические указания для выполнения лабораторных работ являются частью основной профессиональной образовательной программы Государственного... |
|
Методические указания по выполнению практических работ адресованы... «Уфимский государственный колледж радиоэлектроники» по специальностям спо 210709 «Многоканальные телекоммуникационные системы», 210723... |
|
Разработка методов обеспечения безопасности использования информационных... Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном бюджетном учреждении высшего профессионального образования Сибирский... |