XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Программный модуль системы безопасности БПЛА
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В современных реалиях БПЛА все плотнее входят во все сферы нашей жизни. Спектр их применения широк и разнообразен. Уже сейчас их используют для поиска людей, потерявшихся с лесах, для сканирования местности при пожаротушении или геологами.
Увеличение количества БПЛА может привести к увеличению количества их аварийных столкновений. Решение проблемы службой диспетчеров, установка на борт камер, сенсоров, имеет свои недостатки. Ранее предложенная в СЮТ станицы Ленинградской система имеет больший потенциал, однако имеет существенный недостаток в связи с необходимостью организации сети WiFi. Решением проблемы стало бы использование облегченного протокола, работающего по сути в режиме прием-передача (трансивер)
Цель работы: Создать систему, предотвращающую столкновение БПЛА на основе упрощенного протокола обмена данными.
Задачи проекта:
Рассмотреть особенности предлагавшейся системы безопасности.
Предложить эффективную систему безопасности на основе облегченных протоколов
Разработать программный код.
Изготовить модули для проверки работы системы безопасности.
Провести апробацию устройства с выводом об его эффективности.
Результатом работы должен стать работоспособный программный код.
Основная часть
Безопасность полетов.
При создавшихся темпах роста их количества для предотвращения столкновений требуется организация их движения. Современной законодательство РФ требует согласованности всех полетов БПЛА, но система диспетчеров в настоящие время не развита и даже при ее наличии возможны сбои в работе. К тому же возможно применение БПЛА в экстренных случаях. Все эти факты говорят о необходимости созданиях автономной системы безопасности.
Дополнительные системы безопасности полетов БПЛА, должна быть неотъемлемой частью самого аппарата. Для этого можно использовать визуальную систему, систему радио - или звуковой локации. Однако эти системы будут малоэффективны в виду малых размеров и высокой скорости БПЛА. Таким образом, мы пришли к выводу о необходимости обозначения полёта БПЛА с помощью маломощного радиосигнала. Наилучшим решением будет использование сети WI-FI.Спектр применения данной технологии обширен. К примеру, БПЛА используемые экстренными службами, смогут заранее не согласовывать свой маршрут без опасения столкновения.
2.2. Реализация системы безопасности
Была предложена следующая система. В ходе полета в автоматическом режиме все борта периодически посредством WiFi делают запрос на нахождение в зоне радиовидимости других аппаратов. При подтверждении происходит обмен данными о геолокации и высоте полета. В случае опасной близости по координатам и высоте ПО сближающихся аппаратов получает сигнал на изменение высот до безопасных. При этом сигнал увеличения-уменьшения высоты будет зависеть от первоначальных данных.
В том случае, если аппарат управляется внешним пилотом, то он получит команду на изменение высоты.
Использование данной системы как стандартной, по мнению автора, позволить снизить риск аварий до нуля.
Для апробации системы безопасности автором были изготовлены два макета на основе EMS8266 с датчиками высоты (давления) и GPS модулями, создано соответствующее ПО. Решение модуля о необходимости изменения высоты вверх и вниз выводится на порты EMS8266
Основным недостатком описанной системы являлась необходимость организации сети по протоколам WiFi, наличие двух приемопередатчиков, большое время загрузки ПО.
2.3.Практическая часть.
Для обмена данными между БПЛА с использованием недавно разработанного протокола ESP-NOW. Подробное описание протокола в [7]. Для создания управляющего кода был использована программа FLProg с применением готовых блоков.
Код управляющей программы представлен в Приложении 1. Основная обработки и связь выполнены на плате 2. Плата 1 нужна для апробации и ее основная задача – автоматическая калибровка датчиков давления низкого класса (были применены в макете).
Приложение 2 иллюстрирует уменьшение размеров модефицированной аппаратной части.
Наглядная схема соединений включая стабилизатор питания в Приложении 3.
Апробация макета показала принципиальную возможность внедрения предлагаемой системы безопасности в ПО всех БПЛА.
III. Заключение
В результате проделанной работы былразработан и создандемонстрационный код и созданы два макета. Было проведено испытание устройств. В результате испытаний удалось получить четкий сигнал на изменение высоты, в разные стороны для каждого модуля. Такой результат говорить о целесообразности внедрения программного модуля в управляющие программы БПЛА с целью предотвращения их столкновений. Цель проекта была достигнута.
Списокиспользованнойлитературы
1. https://flprog.ru/ - визуальное программирование для Arduino
2.https://www.arduino.cc/ - сайт программы ArduinoIDE
3. https://radioprog.ru/shop/merch/33- описание модуля ESP 8266
4. https://cxem.net/review/review52.php - описание модуля GPS
5. https://robotchip.ru/obzor-datchika-davleniya-bmp180/ - описание модуля BMP 180
6. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B5%D1%81%D0%BF%D0%B8%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BB%D0%B5%D1%82%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B0%D0%BF%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%82 – описание БПЛА
7. https://habr.com/ru/post/502260/ ESP-NOW — альтернативный протокол обмена данными для ESP8266 и ESP32. Основные понятия
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3