Подключение GPS к МК, разработка алгоритма движения робота по GPS

Литература

1. Тюреходжаев А.Н., Шагатаева З.Е. Квазистатический гистерезис одномерной разномодульной системы с контактным сухим трением. Международный конгресс «Механика и трибология транспортных систем 2003». Ростов-на-Дону.

2. Тюреходжаев А.Н., Шагатаева З.Е. О свободном колебании нелинейной разномодульной системы с контактным сухим трением. Вестник КазНТУ №1. Алматы. 2004.

3. Тюреходжаев А.Н., Султаналиева Р.М., Шагатаева З.Е. Резонансное колебание разномодульной системы с контактным сухим трением. Международный научно-технический юбилейный симпозиум «Образование через науку», посвященный 50-летию ФПИ-КТУ им. И.Раззакова. Бишкек, 2004.

4. А.Н.Тюреходжаев, А.Г.Ибраев, М.Ж.Сергазиев, Шагатаева З.Е. Распространение волн в механических системах с нелинейным механизмом диссипации энергии. Международная конференция «Дифференциальные уравнения, теория функции и приложения», посвященная 100-летию со дня рождения академика И.Н.Векуа Новосибирск, 2007г.

References

1. Tyurekhodzhayev A.N., Shagatayeva Z.Y. Kvazistatic hysteresis of one-dimensional differently the modular system with contact dry friction. International congress "Mechanics and tribology of transport systems 2003". Rostov-on-Don.

2. Tyurekhodzhayev A.N., Shagatayeva Z.Y. About free fluctuation of nonlinear differently the modular system with contact dry friction. Messenger of KAZNTU No. 1. Almaty. 2004.

3. Tyurekhodzhayev A.N., Sultanaliyeva R. M., Shagatayev Z.Y. Resonant fluctuation of differently the modular system with contact dry friction. The international scientific and technical anniversary symposium "Education through science", FPI-KTU devoted to the 50 anniversary of I. Razzakov. Bishkek, 2004.

4. A. N. Tyurekhodzhayev, A. G. Ibrayev, M. Zh. Sergaziyev, Shagatayeva Z.Y. Distribution of waves in mechanical systems with the nonlinear mechanism of dissipation of energy. The international conference "Differential Equations, Theory of Function and Appendix" devoted to the 100 anniversary since the birth of the academician I. N. Vekua Novosibirsk, 2007.

Черных А.А.

Студент, НИ Томский политехнический университет ПОДКЛЮЧЕНИЕ GPS К МК, РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ДВИЖЕНИЯ РОБОТА ПО GPS

Аннотация

В данной работе описано подключение GPS модуля к микроконтроллеру. Составление алгоритма движения робота по GPS координатам траекторией ‘‘Гауссом".

Ключевые слова: микроконтроллер, GPS модуль, алгоритм.

Chernykh A.A.

Student, Tomsk Polytechnic University

PS RECEIVER TO MICROCONTROLLER CONNECTION, DEVELOPMENT MOVEMENT ALGORITHMS OF THE

ROBOT USING GPS

Abstract

This article describes a connection of GPS module to a microcontroller. Designing a "Gauss-trajectory" robot movement algorithm using GPS coordinates.

Keywords: microcontroller, GPS module, algorithm

Введение

Робототехника c каждым днём приобретает всё большую роль в производственной деятельности и жизни человеческого общества.

Одной из основных задач в робототехнике является позиционирование и навигация робота в пространстве.

Существуют различные вездеходы, аппараты на воздушных подушках. Управляются они человеком. Для автономного управления таких платформ необходима система навигации.

Система навигации и позиционирования робота является первостепенной задачей. На сегодняшний день существует множество роботов (военных, уборочных, промышленных), которые имеют такую систему.

Для выполнения роботом действий и решения большинства задач (уборка, перемещение грузов, движение по маршруту и пр.) ему необходимо ориентироваться в пространстве, поэтому задача навигации и позиционирования является актуальной, так как он должен определять свое положение для дальнейших действий.

Подключение GPS к МК

Первоначальным этапом необходимо настроить GPS модуль для передачи координат на микроконтроллер и отделением нужной информации для ее дальнейшего применения в программировании по алгоритму движения робота, так как сам модуль передает на МК различные данные. Был выбран GPS модуль u-blox 6m.

Для передачи GPS координат на микроконтроллер используют NMEA 0183 протокол.

Была собрана схема подключения (рис.1) GPS к микроконтроллеру и написана программа на языке C++. Использовался МК ATmega 328, GPS u-blox 6.

Рис. 1 - Электрическая принципиальная схема подключения GPS к AVR МК

33

Каждая компания или фирма, которая проектирует и конструирует роботов, использует определенный набор средств, позволяющий решать задачу позиционирования в определенных условиях.

Для этого подбирается управляющий узел (микроконтроллер, ЭВМ) и набор датчиков и модулей. На рынке представлено множество готовых модулей, которые напрямую подключаются к микроконтроллеру, что существенно облегчает задачу разработки устройства.

Как правило, конструктивные особенности роботов для решения тех или иных задач накладывают ряд ограничений. Это может быть разная реализация поворотного механизма. Различные габариты платформы и мощность двигателей, скорость движения, маневренность, рабочая среда и т.д.

Поэтому разработчики берут в расчет конструктивные особенности и применяют уже конкретные модули для решения поставленных задач.

Алгоритм движения робота по прямой траектории с GPS данных

В качестве одно из вариантов траектории движения - “Гауссом” (работа комбайна на поле).

1. Устанавливаем робота вручную в нужном нам направлении для прохождения заданной нами траектории (длина прямого участка траектории гауссом, и количество таких участков).

2. По цифровому компасу будет определено и передано на МК направление в статике, а также глобальные координаты по GPS.

3. Зная вектор между текущей точкой и конечной, а также вектор текущего движения робота, можно корректировать движение робота при отклонении от заданной траектории:

• Вычисляем вектор текущего направления

• Вычисляем вектор от робота к нужной точке. Этот вектор разворачиваем на 90 градусов.

• Тогда при параллельности, а следовательно и истинности направления движения, скалярное произведение вектора текущего направления и вектора от робота до конечной точки будет равно нулю. Управляющее воздействие не подаем на рулевой механизм.

• При отклонениях траектории скалярное произведению будет в пределах от -1 до 1. Так как вектор от робота к нужной точке развернули на 90 градусов, то при отклонении робота вправо результирующий угол между векторами будет (90°+О). То есть скалярное произведение будет отрицательным, и как следствие при значении скалярного произведения от -1 до 0 нужно подворачивать влево. И наоборот, со значениями скалярного произведения векторов от 0 до 1, подворачивать вправо.

• В зависимости от значения подаем управляющее воздействие на поворотный механизм. Изменяем скважность сигнала ШИМ, подавая его на сервопривод, пропорционально отклонению. Чем больше значение по модулю, тем больше управляющее воздействие соответственно. От знака скалярного произведения зависит направления “подворота” (отрицательное - поворот влево, положительное - поворот вправо).

Заключение

В ходе данной работы был подключен GPS модуль к микроконтроллеру. Разработан алгоритм движения робота по GPS. В перспективе будет рассмотрена более сложная траектория с повышением точности позиционирования.

Литература

1. Блог: Arduino [Электронный ресурс]. URL: http://arduino.ru/ Режим доступа: свободный (дата обращения: 15.01.2015).

2. Datasheet на GPS модуль Ublox 6m.

3. Datasheet на микроконтроллер ATmega328.

References

1. Blog: Arduino [Jelektronnyj resurs]. URL: http://arduino.ru/ Rezhim dostupa: svobodnyj (data obrashhenija: 15.01.2015).

2. Datasheet na GPS modul' Ublox 6m.

3. Datasheet na mikrokontroller ATmega328.

Черных А.А.

Студент, НИ Томский политехнический университет

ОРГАНИЗАЦИЯ СОПРЯЖЕНИЯ ДАТЧИКОВ С АНАЛОГОВЫМ ВЫХОДОМ С ПК И ДЕМОНСТРАЦИЕЙ В

MATLAB

Аннотация

В данной работе будет описана организация сопряжения датчиков с компьютером. Большая группа датчиков - аналоговые, то есть датчики, вырабатывающие аналоговый сигнал, пропорционально изменению входной величины. Анализ и обработку полученных данных, а также контроль оборудования удобно производить на компьютере. Связь датчиков с ПК целесообразно осуществлять через микроконтроллер по UART интерфейсу с демонстрацией в программе Matlab.

Ключевые слова: микроконтроллер, аналоговый датчик, АЦП, UART интерфейс.

Chernykh A.A.

Student, Tomsk Polytechnic University

ORGANIZATION OF INTERFACE WITH SENSORS WITH ANALOG OUTPUT AND PERSONAL COMPUTER WITH

DEMONSTRATION IN MATLAB

Abstract

This article describes a realization of sensor-computer interface. A large group of sensors are analog, i.e. sensors generating analog signals proportional to the change of input value. Data Analysis and processing as well as device control can be easily performed on a computer. Sensor and computer connection made through microcontroller using UART interface with demonstration in MatLab program.

Keywords: microcontroller, analog sensor, ADC, UART interface.

Введение

За последние годы в связи с заметным уменьшением природных ресурсов, тревожными глобальными изменениями климата и ростом численности населения Земли, роль автоматизации всё больше усиливается, а сферы её применения непрерывно расширяются.

На сегодняшний день практически не существует технических устройств, которые не содержат элементов автоматики -начиная от простых устройств, используемых в быту, и заканчивая сложнейшими промышленными установками.

Практически в каждой автоматической системе присутствуют различные сенсоры. Широко распространены датчики с аналоговым выходом. Для удобства обработки данных, а также для контроля производства с ПК требуется передача данных с установок на главный компьютер. В данной работе реализуется и тестируется один из таких вариантов.

Сборка и программирование устройства с передачей данных на ПК

Для сборки данного устройства была выбрана следующая элементная база: плата с микроконтроллером Atmega 16, макетная плата, резистор 5 Ком, соединительные провода, переходник USB - UART.

Собранная схема устройства представлена на рисунке 1. Потенциометр 5кОм, имитирующий датчик с аналоговым выходом, подключен к порту PA0 микроконтроллера для измерения напряжения.

34