робот-пожарник


Министерство образования пензенской области
Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение пензенской области «Губернский лицей-интернат для одарённых детей»
Разработка «робота-пожарника»
Выполнили ученики 10 ФМИ класса:
Брагин Роман
Захаров Игорь
Колеганов Денис
Смирнов Роман
ArduinoArduino — торговая марка аппаратно-программных средств для построения простых систем автоматики и роботехники, 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.
Arduino может использоваться как для создания автономных объектов автоматики, так и подключаться к программному обеспечению на компьютере через стандартные проводные и беспроводные интерфейсы.
С 2008 года в компании разработчиков начался раскол, выразившийся в существовании двух независимых ветвей развития и продаж под одной торговой маркой: одна на сайте arduino.cc, другая на arduino.org. Докризисные изделия на обоих сайтах продаются под одинаковыми названиями. Набор новых изделий на сайтах различается. Также существует две ветви Arduino IDE, поддерживающие разный набор плат и библиотек. Одинаковые названия и пересекающиеся номера версий IDE вносят путаницу.
Аппаратная часть
Под торговой маркой Ардуино выпускается несколько плат с микроконтроллером и платы расширения. Большинство плат с микроконтроллером снабжены минимально необходимым набором обвязки для нормальной работы микроконтроллера (стабилизатор питания, кварцевый резонатор, цепочки сброса и т. п.).
Конструктив
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.
Микроконтроллер
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 (если он есть на плате) или с помощью отдельного переходника UART-USB. Поддержка загрузчика встроена в Arduino IDE и выполняется в один щелчок мыши.
На случай затирания загрузчика или покупки микроконтроллера без загрузчика разработчики предоставляют возможность прошить загрузчик в микроконтроллер самостоятельно. Для этого в Arduino IDE встроена поддержка нескольких популярных дешевых программаторов, а большинство плат Arduino имеет штыревой разъем для внутрисхемного программирования (ICSP для AVR, JTAG для ARM).

ARM Cortex M и Linux на Intel x86
Есть даже платы на процессоре ARM Cortex M. В рамках сотрудничества со сторонними производителями в Arduino IDE была включена поддержка некоторых аппаратных средств Intel x86. Intel Galileo (процессор Intel Quark X1000 400 МГц) и Intel Edison — Arduino-совместимые платы на Intel x86 архитектуре. Платы механически и электрически совместимы с периферийными платами Ардуино. Платы функционируют под собственной ОС Linux, поверх которой работает приложение, позволяющее загружать и исполнять скетчи Ардуино. Поддержка этих плат встроена в Arduino IDE от компании, базирующейся на сайте arduino.cc. Компания на сайте arduino.org не поддерживает эти продукты.
AVR
В линейке устройств Arduino в основном применяются микроконтроллеры Atmel AVR, ATmega328, ATmega168, ATmega2560, ATmega32U4, ATTiny85 с частотой тактирования 16 или 8 МГц. В старых изделиях применялись ATmega8, ATmega1280 и другие.
Периферия
Порты ввода-вывода микроконтроллеров оформлены в виде штыревых линеек. Никакого буферизирования, защиты, конвертации уровней или подтяжек, как правило, нет. Микроконтроллеры питаются от 5В или 3,3В, в зависимости от модели платы. Соответственно порты имеют такой же размах допустимых входных и выходных напряжений. Программисту доступны некоторые специальные возможности портов ввода-вывода микроконтроллеров, например, широтно-импульсная модуляция (ШИМ), аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), интерфейсы UART, SPI, I2C. Количество и возможности портов ввода-вывода определяются конкретным вариантом микропроцессорной платы.
Помимо портов на платах микроконтроллеров иногда устанавливается периферия в виде интерфейсов USB или Ethernet. Опциональный набор внешней периферии на модулях расширения включает в себя:
USB Device (чаще всего как виртуальный COM порт через FTDI FT232, имеются также версии с эмуляцией USB HID Class клавиатур и мышек).
Проводной и беспроводной Ethernet как на основной плате, так и на платах расширения.
Модуль GSM и другие беспроводные интерфейсы.
USB Host.
SD card.
Модуль управления низковольтным мотором на базе L298. Поддерживаются шаговый и коллекторный двигатели с напряжением до 12В и током до 2А на канал. Могут подключаться также реле, электромагниты и т. п. Модуль не имеет гальванической развязки.
Графический ЖКИ индикатор.
Модуль с макетным полем.
Сторонние производители выпускают широкую гамму датчиков и исполнительных устройств, подключаемых к Ардуино. Например, гироскопы, компасы, манометры, гигрометры, термометры, релейные модули, индикаторы, клавиатуры и т. п.
Концепция программирования
Программирование ведется целиком через собственную программную оболочку (IDE), бесплатно доступную с сайта Ардуино. В этой оболочке имеется текстовый редактор, менеджер проектов, препроцессор, компилятор и инструменты для загрузки программы в микроконтроллер. Оболочка написана на Java на основе проекта Processing, работает под Windows, Mac Os X и Linux.
Язык программирования
Язык программирования Ардуино является стандартным C++ (используется компилятор AVR-GCC) с некоторыми особенностями, облегчающими новичкам написание первой работающей программы.
Программы, написанные программистом Ардуино называются наброски и сохраняются в файлах с расширением ino. Эти файлы перед компиляцией обрабатываются препроцессором Ардуино. Также существует возможность создавать и подключать к проекту стандартные файлы C++.
Обязательную в C++ функцию main() препроцессор Ардуино создает сам, вставляя туда необходимые «черновые» действия.
Программист должен написать две обязательные для Ардуино функции setup() и loop(). Первая вызывается однократно при старте, вторая выполняется в бесконечном цикле.
В текст своей программы (скетча) программист не обязан вставлять заголовочные файлы используемых стандартных библиотек. Эти заголовочные файлы добавит препроцессор Ардуино в соответствии с конфигурацией проекта. Однако пользовательские библиотеки нужно указывать.
Менеджер проекта Arduino IDE имеет нестандартный механизм добавления библиотек. Библиотеки в виде исходных текстов на стандартном C++ добавляются в специальную папку в рабочем каталоге IDE. При этом название библиотеки добавляется в список библиотек в меню IDE. Программист отмечает нужные библиотеки, и они вносятся в список компиляции.
Arduino IDE не предлагает никаких настроек компилятора и минимизирует другие настройки, что упрощает начало работы для новичков и уменьшает риск проблем.
Простейшая Ардуино-программа состоит из двух функций:
setup(): функция вызывается однократно при старте микроконтроллера.
loop(): функция вызывается после setup() в бесконечном цикле все время работы микроконтроллера.
Так выглядит полный текст простейшей программы (скетча) мигания светодиодом:
#define LED_PIN 13
void setup () {
pinMode (LED_PIN, OUTPUT); // Enable pin 13 for digital output
}
void loop () {
digitalWrite (LED_PIN, HIGH); // Turn on the LED
delay (1000); // Wait one second (1000 milliseconds)
digitalWrite (LED_PIN, LOW); // Turn off the LED
delay (1000); // Wait one second
}
Все используемые в примере функции являются библиотечными. В комплекте Arduino IDE имеется множество примеров программ. Существует перевод документации по Arduino на русский язык.
Загрузка программы в микроконтроллер
Закачка программы в микроконтроллер Ардуино происходит через предварительно запрограммированный специальный загрузчик (все микроконтроллеры от Ардуино продаются с этим загрузчиком). Загрузчик создан на основе Atmel AVR Application Note AN109. Загрузчик может работать через интерфейсы RS-232, USB или Ethernet в зависимости от состава периферии конкретной процессорной платы. В некоторых вариантах, таких как Arduino Mini или неофициальной Boarduino, для программирования требуется отдельный переходник.
Пользователь может самостоятельно запрограммировать загрузчик в чистый микроконтроллер. Для этого в IDE интегрирована поддержка программатора на основе проекта AVRDude. Поддерживается несколько типов популярных дешёвых программаторов.
Наша Цель
Нашей целью является на основе языка «Arduino», а также используя набор «Матрешка Z», с составом которого вы сможете ознакомиться на сайте «amperka.ru» сконструировать «Робота Пожарника». Возможности робота пожарника: двигаться в разные направления, объезжать препятствия или же двигаться вдоль некого препятствия, с помощью датчика огня- определять «пожар» и используя кулер его предотвращать.
Состав робота пожарника: Motor Shield- силовой модуль управления двигателями для микроконтроллеров серии Freeduino/Arduino,
Платформа «Arduino Uno»,

Два колеса arduino,

Два датчика расстояния arduino Провода Arduino
Соединив все детали, мы получили черепахо-образного робота:

В дальнейшем к роботу будет подсоединен датчик огня и кулер, с помощью которых он сможет выполнять свои основные задачи.

Приложенные файлы

  • docx 6864165
    Размер файла: 739 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий