Макет АСУ ТП по выращиванию зерновых культур в фермерском хозяйстве
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ГАГАРИНА Ю.А.»
|
Факультет
|
«Электронной техники и приборостроения»
|
|
Специальность
|
«Автоматизированные системы обработки информации и управления»
|
|
Кафедра
|
«Системотехника»
|
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Системы реального времени»
на тему
«Макет АСУ ТП по выращиванию зерновых культур в фермерском хозяйстве»
Работу выполнили студенты группы АСУ-51 И.А. Ярославцев,
Е.Ю. Шеин, А.Г. Треков
Руководитель работы
к.т.н., доц. каф. СТ Д.Ю. Петров
Оценка работы ____________________
Дата защиты «___» декабря 2012 г.
Подписи членов комиссии
_____________________ Е.С. Барышникова
_____________________ Д.Ю. Петров
Саратов – 2012
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ГАГАРИНА Ю.А.»
факультет электронной техники и приборостроения
Кафедра «Системотехника»
ЗАДАНИЕ
на курсовое проектирование
по дисциплине «Системы реального времени»
Студенту учебной группы АСУ-41 Факультета ЭТиП Ярославцеву Ивану Александровичу, Шеину Евгению Юрьевичу, Трекову Александру Геннадьевичу
ТЕМА РАБОТЫ
Макет АСУ ТП по выращиванию зерновых культур в фермерском хозяйстве
Начало проектирования «10» октября 2012 г.
Дата защиты « » декабря 2012 г.
Оценка защиты _______________
Асс. каф. СТ Е.С. Барышникова
Целевая установка и исходные данные
Целевая установка:
Необходимо разработать макет АСУ ТП выращивания зерна, состоящую из программного центра управления (АРМ диспетчера), системы навигации на основе технического зрения, макетов трактора и комбайна, управляемые дистанционно. Алгоритм управления макетом должен подходить также для автоматизации реального комбайна. В процессе автоматизации необходимо управлять движением макета, его рабочим органом, а также выдвижным шнеком для выгрузки зерна. Также, с макета должны передаваться данные по каналу дистанционного управления.
На главном экране АРМ диспетчера должно отображаться текущее состояние технологического процесса и его настройки.
На экране контроля технического зрения должны отображаться его настройки.
Исходные данные:
Для управления должна использоваться плата Arduino Uno R3.
На макете комбайна должны быть установлены следующие датчики: ультразвуковой датчик расстояния, магнитный датчик Холла, датчик освещённости.
АРМ диспетчера должен обеспечивать настраиваемость процедур вспашки поля, посева и уборки зерна.
Система навигации на основе технического зрения должна использовать контурный анализ для распознавания образов, а также для получения визуальной информации – камеру Microsoft LiveCam.
|
№
п/п
|
Перечень чертежей, подлежащих разработке
|
Формат
|
Количество
|
|
1.
|
Электронная схема макета комбайна
|
А4
|
1
|
|
2.
|
Электронная схема макета трактора
|
А4
|
1
|
|
3.
|
Алгоритм управления макетом комбайна
|
А4
|
1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№
п/п
|
Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень вопросов, подлежащих разработке)
|
Консультанты
|
|
1.
|
Введение
|
Петров Д.Ю.
|
|
2.
|
Описание макета и управление макетом по каналу Wi-Fi
|
Петров Д.Ю.
|
|
3.
|
Электрическая схема макета
|
Петров Д.Ю.
|
|
4.
|
Таблица входных и выходных сигналов
|
Петров Д.Ю.
|
|
5.
|
Расчёт надёжности комплекса в системе «Арбитр»
|
Петров Д.Ю.
|
|
6.
|
Объектное моделирование макета на языке UML
|
Петров Д.Ю.
|
|
7.
|
Описание программы управления макетом
|
Петров Д.Ю.
|
|
8.
|
Организация беспроводной связи
|
Петров Д.Ю.
|
|
9.
|
Описание программы АРМ диспетчера
|
Петров Д.Ю.
|
|
10.
|
Навигация на основе технического зрения
|
Петров Д.Ю.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Основная рекомендуемая литература
Brian W. Evans, «Arduino programming notebook», CreativeBook, 2009
Румянцев Е., «Управление зерноуборочным комбайном», Колос, 1975
«Системы автоматического управления на основе программируемых логических контроллеров», Шнейдер Электрик, 2008
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Руководитель курсовой работы, к.т.н., доц. ____________________Д.Ю.Петров
( подпись)
Задание принял к исполнению «10» октября 2011 г.
Студент ______________________________________________И.А. Ярославцев
( подпись)
Студент __________________________________________________Е.Ю. Шеин
( подпись)
Студент __________________________________________________А.Г. Треков
( подпись)
|
Формат
|
Зона
|
Поз.
|
Обозначение
|
Наименование
|
Кол.
|
Примечание
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1
|
Пояснительная записка
|
Макет АСУ ТП выращивания
|
30
|
А4
|
|
|
|
|
|
зерновых культур в
|
|
|
|
|
|
|
|
фермерском хозяйстве
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2
|
Электронная версия
|
|
1
|
|
|
|
|
|
(диск 700 Мб)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
РЕФЕРАТ
Пояснительная записка содержит 65 страниц, 6 таблиц, 12 рисунков, 38 страниц приложений.
Ключевые слова: СИСТЕМА, МОДЕЛЬ, УПРАВЛЕНИЕ, МАКЕТ, НАДЁЖНОСТЬ
Объектом автоматизации являются технологические процессы распашки поля, посева и уборки зерна. В работе реализуется управление макетом комбайна и трактора, на котором отрабатываются основные принципы автоматизации реального комбайна и трактора. Разрабатывается система управления, предназначенная для планирования и контроля управлением движением макета и его рабочими органами. Алгоритм управления макетом также подходит и для управления реальным комбайном и трактором. Управление производится при помощи Bluetooth из удалённого центра управления, а в качестве программируемого логического контроллера выступает плата управления Arduino Uno. Кроме управления макетом, в системе также присутствует обратная связь: передача статистических данных и телеметрии удалённому центру управления. Навигация осуществляется посредством технического зрения и распознавания образов на корпусах макетов сельскохозяйственной техники с помощью контурного анализа.
Система предназначена для моделирования и отладки алгоритма управления реальным комбайном на основе макета.
СОДЕРЖАНИЕ
1.Введение…………………………………………………………….……………………………8
2.Теоретическая часть……………………………………………………………………………9
2.1.Описание макетов сельскохозяйственной техники…………………………..…………..9
2.1.Электрическая схема макетов сельскохозяйственной техники………………………..13
2.3.Таблица входных и выходных сигналов для макетов сельхозтехники…..…………...15
2.4.Расчёт надёжности комплекса в системе «Арбитр»…………………………..…………17
2.5.Объектное моделирование макета на языке UML………………………………………22
2.6.Описание программы управления макетами сельскохозяйственной техники……...27
2.7.Организация беспроводной связи………………………………………………………….29
2.8.Программа АРМ диспетчера……………………………………………………….………37
2.9.Навигация на основе технического зрения…………………………………..…………..42
3.Заключение……………………………………………………………………….…………….47
Список использованных источников……………………………………………………..…..48
1.Введение
Системы автоматизации сельскохозяйственной техники уже существуют, однако это разрозненные системы микроавтоматизации – системы автономного подруливания сельскохозяйственной техникой прямо на поле, системы разработки маршрута и слежения за движением, системы сбора статистических данных. Каждая из этих систем является максимально закрытой ввиду жесткой конкуренции фирм-разработчиков и минимально подходят для взаимной интеграции. Поэтому задачей первостепенной важности является построение системы, которая может решить задачу горизонтальной и вертикальной интеграции в технологическом процессе посева и уборки зерновых агрокультур.
Данная система реализует оперативное и стратегическое планирование для реализации технологического процесса, а также непосредственное управление макетами сельскохозяйственной техники.. Целью курсовой работы является разработка алгоритма автоматизированного удалённого управления комбайном итрактором и планирование их взаимных действий на поле для распашки поля, посева и уборки зерна. В процессе работы были разработаны сами макеты комбайна и трактора, программа управления каждым макетом, и программа контроля(являющаяся АРМ диспетчера), работающая на удалённой ЭВМ и передающая и принимающая данные по каналу Bluetooth, алгоритм управления макетами комбайна и трактора и управляющие коды для передачи сигналов управления. Алгоритм управления комбайном и управляющие коды могут быть применены без изменений при переносе системы на реальный объект автоматизации.
Масштаб макета составляет 1:16. Программный комплекс является системой реального времени, согласно требованиям к реальному объекту автоматизации.
2.Теоретическая часть
2.1. Описание макетов сельскохозяйственной техники.
В качестве основы для макета выбрана модель комбайна компании John Deere. Компания John Deere является мировым лидером на рынке сельскохозяйственной техники. Модель комбайна John Deere T670i позволяет продемонстрировать особенности современных комбайнов. В модели реализованы реалистичные детали, такие как открывающиеся двери кабины, многочисленные открывающиеся крышки, подвесная жатка с выравниванием, высокая маневренность комбайна, возможность перегрузки «зерна» из бункера выгрузным шнеком.
Модель комбайна John Deere T670i изготовлена из высококачественного пластика в масштабе 1:16 (рис.1). Она состоит из комбайна, съемной жатки и прицепа для перевозки жатки.
Рис.1. Общий вид модели комбайна John Deere T670i
Рис.2 – Общий вид модели трактора.
Модель трактора также обладает высокой копийностью, однако из-за недостатка внуутреннего объёма все электронные компоненты вынесены в его пирцеп, в остальном он в целом повторяет технологические решения комбайна.