РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ ПО ДЛЯ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ СПУТНИКА

V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ ПО ДЛЯ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ СПУТНИКА

Оразов А.В. 1
1муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение - средняя общеобразовательная школа №50 г.Орла
Демушкина О.В. 1
1МБОУ-СОШ №50 г.Орла
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Реализация любого проекта зависит от его актуальности. В современном мире важна скорость разработки и внедрения продукта. Наша работа имеет право на существование, так как в ней реализована возможность быстрой модификации алгоритмов управления.

Цель: создать программное обеспечение (ПО) для управления моделью электромагнитной стабилизации спутника.

Этапы:

Изучение возможных способов управления моделью.

Создание ПО для прототипа модели.

Создание ПО для работы с законченным вариантом модели.

Определение основных функций ПО.

Выбор оптимальной среды для создания ПО.

Создание ПО.

Удалённое управление устройством. Коммуникационный интерфейс между устройством и браузером.

Развёртывание файловой системы на модуле.

Определение положения устройства и регулировка его позиции в трёхмерном пространстве.

Вывод.

Изучение возможных способов управления моделью.

Перед тем как начать создавать ПО, мы изучили возможные способы управления моделью. Для прототипа спутника мы выбрали Wi-Fi модуль ESP8266, который может быть запрограммирован и использован для контролирования модели. Для быстрого старта и изучения поведения модели,мы воспользовалисьпрограммой “Blynk”, с помощью которой можно было управлять выходами Wi-Fi модуля напрямую с телефона.

Создание ПО для прототипа модели.

Настроить управление моделью при помощи “Blynk” оказалось очень просто, удобный и понятный интерфейс сделали этот этап не сложным.

Во время сборки модели (приложение 1, рис. 1) мы нашли один минус текущего варианта Wi-Fi модуля – у него было недостаточно выводов (GPIO), поэтому нам пришлось проводить эксперименты с прототипом, используя только две пары катушек. Впрочем, для выявления недостатков модели этого было достаточно. Схема прототипа представлена на рисунке 2 в приложении 1.

Разобравшись с проблемами прототипа, мы приступили к созданию окончательного варианта модели.

Создание ПО.

Определение основных функций ПО.

В конечном варианте модели мы использовали Wi-Fi модульESP – WROOM – 32, который обладал достаточным количеством выводов, чтобы управлять сразу тремя парами катушек. Его вычислительной мощности хватило, чтобы обрабатывать запросы веб-сервера, работу с внутренней файловой системой и производить обработку внешних входов-выходов для считывания данных гироскопа и управления катушками. Далее были обозначены требования к функциям нашего ПО:

Использование платформы Arduino для написания программы.

Веб-сервер. Возможность загрузки html страниц удалённо.

Раздельное ШИМ управление 6 электромагнитами.

Пропорциональное регулирование парами катушек в зависимости от данных с гироскопа.

Выбор оптимальной среды для создания ПО.

ПО мы создавали в среде программирования VisualStudio 2015 (VS 2015) со встроенным плагином VisualMicro, который позволил работать нам с нашим модулем как с Arduino. Создание веб-страниц и их отладка производились в отдельном веб-приложение. Готовые страницы загружались удаленно на устройство. Использовались языки программирования C++ для написания программы модуля ESP32, HTML и JavaScript для создания клиентской части веб-сайта.

Создание ПО.

Удалённое управление устройством. Коммуникационный интерфейс между устройством и браузером.

Wi-Fi модуль был сконфигурирован как точка доступа. В программной части веб-сервера были созданы методы для обработки запросов: загрузка/удаление файлов, статус файловой системы, данные с гироскопа, выставление ШИМ значений на катушках. Для запросов, которые не определены в программе, делается попытка спроецировать их на список файлов, и если такой файл существует, то он выдается как результат запроса.

Развёртывание файловой системы на модуле.

Для создания хранилища файлов на самом Wi-Fi модуле без применения дополнительного оборудования была применена библиотека SPIFFS, которая использовала в качестве хранилища часть объёма микросхемы памяти. Управление файлами осуществляется через веб-страницу (приложение 2, рис. 1). Доступны методы для файлов: удалить, добавить, открыть и отформатировать всё файловое хранилище.

С помощью этой системы мы впоследствии загрузили на плату веб-страницу (приложение 2, рис. 2) с отображением модуля в пространстве, куб который вращался в соответствии с положением реального модуля.

Определение положения устройства и регулировка его позиции в трёхмерном пространстве.

Чтобы осуществить пропорциональное регулирование модели, в качестве датчика положения в пространстве мы использовали гироскоп MPU6050. С его помощью мы практически полностью удалили раскачивание в разные стороны у модели при разворотах.

Так же нами был выявлен минус использования подобного гироскопа в единственном экземпляре. Оказалось, что его диапазон значений ограничен 180 градусами по всем трём плоскостям, и при развороте более 180 градусов, он возвращал некорректные значения.

Для опытного образца мы обозначили 4 позиции. По умолчанию модель смотрит лицевой стороной на нас. Каждая следующая позиция – это поворот по оси X на 90/180 градусов влево или вправо. Такой вариант оказался самым оптимальным при использовании всего лишь одного гироскопа. Законченный вариант модели и его схема изображены в приложении 3, рисунок 1 и 2.

Вывод.

Результатом нашей работы стало ПО, которое позволяет изменять алгоритмы позиционирования модели без необходимости перепрограммирования самого устройства. Всю логику можно прописать в пользовательской веб-странице на JavaScript. Алгоритм работы ПО изображён в приложении 4, рисунок 1.

Литература

Espressif Systems — esp32_hardware_design_guidelines_en.pdf.

Espressif Systems — esp-wroom-32_datasheet_en.pdf.

InvenSense Inc. — MPU-6000-Datasheet1.pdf.

InvenSense Inc. — MPU-6000-Register-Map1.pdf.

Neil Kolban — Kolban's Book on the ESP32 & ESP8266.

Интернет-ресурс Geektimes — статья “ ESP32 и Ардуино”.https://geektimes.ru/post/290205/

Рис. 1. Вид прототипа модели.

Рис. 3. Прототип модели

Приложение 1

Рис. 2. Схема платы управления прототипа.

Рис. 2. Схема платы управления прототипа

Рис. 1. Веб-страница настроек.

Приложение 2

Рис. 2. Вид веб-страницы управления моделью.

Рис. 1. Схема платы управления готового образца.

Рис. 2. Схема платы управления прототипа

Приложение 3

Рис. 2. Готовый образец.

Рис. 6. Готовый опытный образец.

Рис. 1. Алгоритм работы ПО.

Приложение 4

8

Просмотров работы: 43