Разработка 2D принтера
Бештрев Н.В., Мулюков А.А., студенты Уфимского государственного колледжа радиоэлектроники
Туктаров Р.Ф., научный руководитель, научный сотрудник ИФМК УНЦ РАН
3D-принтер это устройство, которое использует метод создания объекта на основе виртуальной 3D-модели. 3D-печать может производиться разными способами при использовании разных материалов. Но какой бы материал и способ не использовался, он работает по принципу послойного создания или выращивания твердого объекта. Не смотря на кажущуюся необыкновенность это принцип достаточно прост. Для этого задается исходная 3D-модель в любом 3D-редакторе. Затем специальное ПО обрабатывает 3D-модель путем деления ее на множество поперечных слоев.
Так или иначе, широкому распространению этих устройств пока мешает их высокая цена: трехмерные модели базового уровня по-прежнему стоят от 15 тысяч долларов, то есть остаются в корпоративном ценовом диапазоне. Стоимость 3D принтеров составляет 60-100 тысяч долларов. Разработанный 2D принтер является основой для создания 3D принтера, кроме того он изготовлен из недорогих и легкодоступных материалов, что позволяет снизить его стоимость.
Одним из методов трехмерной печати является лазерное спекание (Selective Laser Sintering - SLS). Тут используется лазер, а в качестве рабочего материала выступает порошок из какого-нибудь относительно легкоплавкого пластика. Пластик в рабочем объеме SLS-машины нагревается почти до температуры плавления, затем лазер опять же рисует по пластиковому порошку сечение детали, пластик нагревается выше температуры плавления и спекается. Сверху насыпается следующий слой и процедура повторяется. В конце работы лишний порошок просто стряхивается с готовой модели. Этот процесс был разработан в конце 80-х годов в Техасском университете, именно на этом методе основан разработанный 2D принтер.
Принтер подключается к компьютеру с помощью COM порта.
Рисунок 1 – Структурная схема 2D принтера
С компьютера с помощью специальной программы на микросхему подаются сигналы управления шаговыми двигателями и лазером. Для данной задачи могут подойти следующие микросхемы: UDN2065, A2544, SMA7029M. Так как для изготовления 2D принтера будут использованы шаговые двигатели из принтера EPSON FX-1050, а в принтерах EPSON часто используются микросхемы SMA7029M то данная микросхема является лучшим вариантом, кроме того она не дорогая и часто встречается в продаже.
Рисунок 2- Схема управления шаговыми двигателями
Для создания лазера будет использована микросхема LM317, которая включена стабилизатором тока. Представленная ниже схема немного сложнее, чем её аналоги зато она прекрасно подходит для стационарного варианта лазера.
Рисунок 3 – Питание лазера с использованием микросхемы LM317
Плата поддерживает постоянный ток через ЛД независимо от питания(не меньше 7В) и температуры. В данном дипломном проекте будет использована данная схема питания лазера, так как она является довольно простой, уже хорошо себя зарекомендовала. Для лазера понадобится DVD привод. Если привод записывает DVD+/-R со скоростью 16х то там стоят 200мВт красные лазеры, в 20х приводах стоит лазер 270мВт, а в приводах со скоростью 22х мощность может доходить до 300мВт.
Основой принтера служит координатный стол, обеспечивающий перемещение в трех плоскостях – вправо-влево, вперед-назад и вверх – вниз, в ходе данного дипломного проекта будет разработаны 2 направляющие. Самой главной частью координатного стола являются направляющие – именно они обеспечивают точное и легкое перемещение движущихся частей относительно друг друга. Однако есть несколько проблем, с которыми придется столкнуться на стадии изготовления принтера одной из них является то что лазер должен ходить с высокой точностью и платформа, на которой он крепиться не должна иметь люфта.
В качестве направляющих будут использованы стержни с нарезанной резьбой, они будут крепиться к координатному столу с помощью специальных подшипников. Перемещение платформы для лазера будет осуществляться благодаря, фторопластовой гайки и гибкой металлической пластине. Выглядеть это будет так:
Рисунок 4 - Платформа для лазера
Рисунок 5 – Направляющая X
Использование гибкой металлической пластины поможет без сложных конструктивных решений обеспечить ровный и плавный ход подвижной направляющей, а также избавиться от люфта.
Изготовление 2D принтера имеет выгоду, так как он является основой для создания 3D принтера. Сейчас область 3D печать только начинает развиваться на рынке, в основном доминируют 3D станки, они обладают большими габаритами, оставляют много отходов. Разработанный по данной технологии 3D принтер будет стоить гораздо дешевле, прост в эксплуатации, и поскольку он создаёт объекты, а не вырезает их то и отходов будет значительно меньше.
Разработка линейки индикаторов
Втюрин А.С., студент Уфимского государственного колледжа радиоэлектроники
Зубкова И.В., научный руководитель, преподаватель Уфимского государственного колледжа радиоэлектроники
В настоящее время семисегментные индикаторы используются для того чтобы отобразить цифры и буквы, когда требуется яркое и четкое их отображение.
Последовательность индикаторов образует бегущую строку. В самом простом варианте текст просто «бежит», двигаясь справа налево. Процесс обновления заключается в соединении бегущей строки с ПК пользователя и загрузке новой информации. Соединение можно установить с помощью различных интерфейсов. Самым популярным является интерфейс USB.
Рисунок 1 - Внешний вид устройства
Структурная схема данного устройства представлена ниже.
- ПК – устройство, на котором производится настройка бегущей строки. Сигналы передаются через порт USB на преобразователь;
- преобразователь – устройство, которое принимает сигнал через USB-порт, преобразует его в формат UART и передает его на плату микроконтроллера.
- МК – микроконтроллер. Управляет работой бегущей строки, обрабатывает сигналы, полученные от ПК и передает управляющие сигналы на индикаторы через порт UART;
- пара индикаторов – два индикатора и регистра сдвига размещенные на одной плате, служат для индикации параметров.
Основой линейки семисегментных индикаторов является микроконтроллер DD1, построенный на микросхеме ATtiny13
Устройство подключается к USB порту компьютера через порт UART, при помощи преобразователя UART-USB. К преобразователю подключаются контакты GND, RxD и TxD. Питание подается на схему по отдельной линии через второй порт USB.
На управляющей плате находится микроконтроллер ATtiny13 (DD1) и с одной стороны установлен разъем PLS-R (X1) для подключения линейки индикаторов, а с другой – разъем UART для принятия сигналов от ПК. (XS1). Микроконтроллер вырабатывает сигналы Data, Clock и ОЕ для управления индикаторами. ATtiny13 управляет всеми индикаторами вне зависимости от их количества.
Через разъем Х1 к управляющей плате подключаются платы индикации. С обеих сторон платы установлены разъемы типа PLS-R (папа) и PBS-R (мама) для подключения индикаторов к драйверу линейки и соединения между собой. Разъемы установлены таким образом, что невозможно случайно закоротить линии питания или сигнальные линии. В качестве драйвера индикатора используется сдвиговый регистр 74HC164 (DD2, DD3).
Для отображения использованы семисегментные индикаторы с общим анодом Kingbright SA15-11SRWA (HG1, HG2). Одноциферные индикаторы подключаются каждый отдельно, но для упрощения разводки печатной платы они скомпонованы на плате парами. Выводы А1 и А2 (1 и 2 выводы микросхемы) первого регистра сдвига подключаются к линии Data, выводы второго регистра подключаются к выходу QH (13 вывод) первого регистра сдвига. Этот же выход второго регистра подключается к линии Data разъема Х2 для формирования сигнала данных последующих индикаторов.
Выводы Clock (8 вывод микросхемы регистра) подключаются к линии Clock, идущей от разъема Х1. Выводы Reset (9 вывод микросхемы) через резисторы подключается к линии питания VCC.
Выводы индикаторов через резисторы подключаются к соответствующим выходам регистра сдвига. Остальные платы индикаторов выполнены аналогично.
Теперь перейдем к устройству, оно состоит из нескольких односторонних печатных плат. С одной стороны припаяны микросхемы, резисторы и конденсаторы, с другой разъемы и индикаторы.
Порядок работы следующий: запускаем программу «Терминал» , настраиваем параметры связи и нажимаем кнопочку «коннект».
Окно программы
И в специальное окошко вводим команды.
Разработанная бегущая строка позволяет производить горячую замену индикаторов.
Разработанное устройство имеет меньшую цену, по сравнению с аналогами, содержит небольшое количество элементов на печатной плате, что говорит о простоте его изготовления.
Разработка микроконтроллерного цифрового спидометра
Губайдуллин А.Р., студент Уфимского государственного колледжа радиоэлектроники.
Хакимова Г.Г., научный руководитель, преподаватель Уфимского государственного колледжа радиоэлектроники.
Микроконтроллерный цифрой спидометр позволяет определить более точную скорость передвижения автотранспортного средства. Он в реальном времени подсчитывает показания скорости и выводит на LCD – дисплей фактическую скорость автомобиля с наименьшей погрешностью, чем стандартный спидометр. Также микроконтроллерный цифрой спидометр производит более точный замер пройденного пути, т.к. у стандартных спидометров имеется погрешность в определении скорости примерно на 6-8%, что влияет на подсчет пройденного пути автомомобиля. Исходя из неточных данных, автовладельцы чаще производят замену масла в двигателе, что повышает расход на смазочные средства.
Данное устройство, разработанное в проекте, позволяет избежать лишних затрат. И по сравнению со стандартным спидометром имет еще одно приимущество: включение ближнего света фар при достижении определенной скорости, которую можно определить непосредственно в настройках самого устройства.
Микроконтроллерный цифрой спидометр включает в себя не дорогие радиоэлементы и прост при ремонте. Легкость в эксплуатации устройства.
Структурная схема разработанного микроконтроллерного цифрового спидометра представлена на рисунке 1.
 Рисунок 1 - Микроконтроллерный цифровой спидометр.
Схема электрическая структурная
Структурная схема микроконтроллерного спидометра показано на рисунок 1 состоит из следующих блоков:
стабилизатор – задает напряжение 12В;
микроконтроллер – обрабатывает поступающие данные;
кнопки 1,2 – служат для обнуления полученных результатов;
датчик скорости – посылает данные о скорости микроконтроллеру (датчик находится в машине);
кварцевый резонатор – тактирует работу микроконтроллера;
фотодиод – служит для включения подсветки;
LCD дисплей – отображает информацию о скорости и пройденного пути.
Принципиальная схема устройства представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 - Микроконтроллерный спидометр.
Схема электрическая принципиальная
К входу PD2 микроконтроллера DD1(AT mega16) через цепь R2-VT1 подключен датчик скорости. К выходу микроконтроллера PA5 подключена цепь, состоящая из R2-VT2. При поступлении тока на транзистор VT2, он открывается и замыкает контакты реле (реле находится внутри автомобиля, под рулем в левой части) и включается освещения автомобиля. Кварцевый резонатор служит для тактирования работы микроконтроллера на частоте 16 МГц. Резистор R4 служит для контрастности LCD-дисплея. Обработанные микроконтроллером данные поступают на LCD дисплей с выходов PE2, PC0-PC7. Так же имеются две кнопки SB1 и SB2. Кнопка SB1 служит для обнуления данных на микроконтроллере, кнопка SB2 необходима для входа в меню и настройки микроконтроллерного спидометра.
Порядок работы с устройством следующий.
В данной инструкции по эксплуатации микроконтроллерного спидометра рассмотрена система установки и управления данным устройством. Перед непосредственным включением прибора, необходимо убедиться в правильности его установки.
Прибор устанавливается на панель автомобиля таким образом, чтобы показания устройства мог увидеть автовладелец. Питание подается через стабилизатор для того, чтобы при скачке напряжения устройство полностью не вышло из строя. Для вывода скорости на дисплее микроконтроллерного цифрового спидометра необходимо правильно ориентировать контакты указаны на рисунок 3.
№1 - +12В
№2 – сигнал
№3 – «масса»
 
Рисунок 3 – Датчик скорости
Датчик скорости выдает 6 импульсов на один пройденный метр пути.
Сигнал от датчика является цифровым и имеет форму импульсов, что позволяет нам подсчитывать эти импульсы за равные промежутки времени.
Подсчет импульсов основан на том, что сигнал от датчика скорости приходит на порт микроконтроллера, настроенный на работу внешнего прерывания. В обработчике внешнего прерывания подсчитывается количество импульсов равное количеству прерываний за определенный промежуток времени, который отсчитывается внутренним таймером микроконтроллера.
Информация поступающая на микроконтроллер с датчика скорости обрабатывается и выводится на LCD – дисплей. На дисплее отображается моментальное изменение скорости автомобиля путем подсчетов импульсов микроконтроллером. Устройство оснащено функцией замера пройденного пути, и при необходимости можно обнулить показание тумблером S1. При достижении определенной скорости (можно изменить в настройках устройства) включается ближний свет фар. Для этого необходимо с выхода микроконтроллера PA5 протянуть кабель до реле в автомобиле, отвечающее за освещение автомобиля. Когда скорость будет достигнута заданного предела, микроконтроллер подаст небольшое напряжение на реле и в этот момент включится освещение автомобиля.
Разработка стенда для измерения электромагнитных излучений
Егоров А.Н., студент Уфимского государственного колледжа радиоэлектроники
Арефьев А.В., научный руководитель, преподаватель Уфимского государственного колледжа радиоэлектроники
С наступлением двадцать первого века - века научно технического прогресса, появилась большое разнообразие технических средств, которые излучают все больше электромагнитное излучение и это стало одной из важнейших проблем. Вследствие чего, появились необходимость решения проблем в двух направлениях. Первое - с появлением современной техники появился новый канал утечки информации – ПЭМИН. Второе – негативное влияние электромагнитных излучений на организм и окружающую среду.
Об отрицательном влиянии на человека электромагнитных излучений ученые знали давно и, кроме того, источники электромагнитных излучений (ЭМИ) и источники электромагнитных полей (ЭМП) могут стать причиной потери информации по побочным каналам. Но их знания ограничивались только влиянием мощных полей, излучаемых линиями электропередач, электрическим транспортом, мощными радиоустановками и т.п. Однако ЭМП получают все более широкое распространение, как в производственных, так и в бытовых условиях, создавая все большую опасность. Это, главным образом, компьютеры, мобильные телефоны, Wi-Fi передатчики и т.п.
Идеей данного проекта является разработка стенда, который позволит узнать уровень безопасности технических средств, а так же вероятность утечки информации по ПЭМИН. Отныне каждый студент, узнав уровень безопасности своего технического средства, может либо убедиться в безопасности своего средства, либо, узнав о большом уровне опасности, предпринять меры и вероятность появления проблем со здоровьем и утечки информации, связанные с электромагнитными излучениями, на порядок уменьшится.
Электромагнитное поле - это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между заряженными частицами. Взаимная связь электрического Е и магнитного Н полей заключается в том, что всякое изменение одного из них приводит к появлению другого: переменное электрическое поле, порождаемое ускоренно движущимися зарядами (источником), возбуждает в смежных областях пространства переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, возбуждает в прилегающих к нему областях пространства переменное электрическое поле, и т.д.
Электромагнитные волны – представляют собой электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью, зависящей от свойств среды.
Источниками электрического поля могут быть электрические заряды (движущиеся и неподвижные) и изменяющиеся во времени магнитные поля.
Магнитное поле представляет собой частную форму электромагнитного поля. В своем проявлении это силовое поле, основным свойством которого является способность воздействовать на движущиеся электрические заряды (в т.ч. на проводники с током), а также на магнитные тела независимо от состояния их движения.
В рамках проекта был выполнен стенд «Измерение электромагнитных излучений» и разработана методика проведения измерений уровня ЭМИ. К стенду прилагаются инструкции для правильного проведения измерений, данные Госсанэпиднадзора, дающие представление о степени соответствия уровня электромагнитного излучения нормируемым величинам, в том числе и для более оперативного и целенаправленного инструментального анализа.
Оборудование данного стенда, позволяет измерить уровень напряженности электрической и магнитной составляющих поля и плотность потока энергии для технических средств, что может стать причиной вероятной утечки информации по ПЭМИН. Результаты измерений дают возможность убедиться в безопасности технического средства, либо, узнав о большом уровне опасности, предпринять меры к защите от электромагнитных излучений и исключить вероятность появления проблем со здоровьем и возможности утечки информации.
Для расчёта удельного коэффициента поглощения полей, излучаемых антенной системой сотового телефона в модели головы человека использованы значения модуля электрического поля по линии, проходящей через слои модели головы.
Моделирование антенной системы сотового телефона реально только с помощью численных методов на электродинамическом уровне. Добавление в анализируемое пространство тела человека, представляющее собой диэлектрический материал с большими потерями, значительно усложняет задачу. Однако, именно расчёт и уменьшение мощности, поглощаемой в теле человека, сейчас является одной из приоритетных задач проектирования сотового телефона. В России ситуация с SAR выглядит следующим образом, SAR официально не признан как санитарная норма. А в качестве временного решения принято доверять европейским стандартом, где величина SAR определяется на 10 г. ткани, при котором максимально допустимое значение SAR является 2 Вт/кг. Тем не менее, производители сотовых телефонов указывают показатели ЭМИ именно в SAR, поэтому имеет значение знать, понимать и уметь производить расчеты этой величины.
Стенд разработан в учебных целях для проведения занятий по дисциплине «Инженерно-техническая защита информации». Обучающий фактор определен в заинтересованности каждого отдельного лица в определении опасных излучений собственного сотового телефона, проведении сравнительных испытаний в режимах: ожидания, дозвона и разговора.
Разработанный стенд обеспечивает выполнение заданных ему функций (измерение ЭМИ и вывод гистограммы) и обеспечивает достаточную простоту и удобство в использовании.
Разработанное устройство обладает лучшими показателями относительно аналогичных устройств. Она довольно проста в конструкции, а так же в использование, так как измерительные приборы можно использовать не только со стендом, руководствуясь инструкциями по порядку работ со стендом, но и отдельно от стенда использовать приборы.
Разработанный стенд является эффективным и объединяет в себе функции, не только измерения ЭМИ и вывод гистограммы, но и измерение расстояния от источника ЭМИ до модели головы человека, благодаря чему можно измерить ЭМИ в одной из трех точек.
Применение измерительных приборов ЭМИ в быту и народном хозяйстве практически неограниченно. Приборы можно применять в домашних условиях, благодаря чему можно понять, чего больше всего нужно опасаться у себя дома.
Также данный разработанный стенд не является бесполезным для производства, так как облучение ЭМИ это одна из важнейших проблем 21 века. Используя этот стенд можно определять источники ЭМИ, которые находятся за пределами ПДУ и применить методы защиты или рекомендации.
|
