Дослідницька робота - Дистанційне управліннята віддалена реєстрація даних на основі

У цьому роботі представлений принцип реалізації дистанційного управління роботом Lego Mindstorms NXT. А також побудовано модель віддаленої реєстрації даних за допомогою фізичного датчика магнітного поля Vernier та мікрофона NXT. Наведено теоретичні основи встановлення зв'язку по каналу Bluetooth, а також елементи керування за допомогою планшетного комп'ютера. Наведено приклад програми, написаної серед NXT 2.0 Programming, реалізує віддалену реєстрацію даних.

Створено та докладно описано експериментальну конструкторську модель робота Lego Mindstorms NXT. Унікальність конструкції полягає в тому, що разом з роботом використовується адаптер NXT Vernier, за допомогою якого можна підключити до роботи до 30 різних датчиків.

У цій роботі отримано показання датчиків магнітного поля Vernier та датчика звуку NXT. Ці показання були зібрані при дистанційному управлінні та зареєстровані у віддалений спосіб.

На основі аналізу отриманих даних встановлено, що рівень магнітного поля знаходиться в діапазоні допустимих значень відповідно до СанПіН. Рівень шуму перевищує гранично допустимі значення тільки серверної, а також під час зміни.

Були зроблені висновки та рекомендації. А також поставлено подальші завдання проекту.

Вкладення Розмір
repka_artem.zip2.03 МБ

Автор: Ріпка Артем

учень 10 б класу

м.Новий Уренгой, ЯНАО, Україна.

Дистанційне керування та віддалена реєстрація даних на основі Mindstorms NXT та датчиків Vernier.

Підлісних Олена Вікторівна

вчитель фізики та інформатики

2.5Методи дослідження………………………………………………… стор 5

2.6 Обладнання та програмне забезпечення………………………… стор 5-6

3. Опис методики проведення дослідження……………………………… стор 6-9

3.1 Підготовка до проведення дослідження…………………………… стор 6-8

3.2 Проведення експерименту…………………………………………… стр8-9

4. Результати дослідження……………………………………………………… стор 9-11

4.1 Опис отриманих даних……………………………………… стор 9-10

4.2 Аналіз результатів……………………………………………… …… стор 10-11

5. Висновки по роботі, рекомендації…………………………………………… …стор 11-12

7. Список літератури, посилання першоджерела……………………………. стор 15

У цьому роботі представлений принцип реалізації дистанційного управління роботом Lego Mindstorms NXT. А також побудовано модель віддаленої реєстрації даних за допомогою фізичного датчика магнітного поля Vernier та мікрофона NXT. Наведено теоретичні основи встановлення зв'язку по каналу Bluetooth, а також елементи керування за допомогою планшетного комп'ютера. Наведено приклад програми, написаної серед NXT 2.0 Programming, реалізує віддалену реєстрацію даних.

Створено та докладно описано експериментальну конструкторську модель робота Lego Mindstorms NXT. Унікальність конструкції полягає в тому, що разом з роботом використовується адаптер NXT Vernier, за допомогою якого можна підключити до роботи до 30 різних датчиків.

У цій роботі отримано показання датчиків магнітного поля Vernier та датчика звуку NXT. Ці показання були зібрані при дистанційному управлінні та зареєстровані у віддалений спосіб.

На основі аналізу отриманих даних встановлено, що рівень магнітного поля знаходиться в діапазоні допустимих значень відповідно до СанПіН. Рівень шуму перевищує гранично допустимізначення лише у серверній, а також під час зміни.

Були зроблені висновки та рекомендації. А також поставлено подальші завдання проекту.

На даний момент людство гостро потребує роботи, які можуть без допомоги оператора гасити пожежі, самостійно пересуватися заздалегідь невідомою, реальною пересіченою місцевістю, виконувати рятувальні операції під час стихійних лих, аварій атомних електростанцій, у боротьбі з тероризмом.

Робототехніка є одним із найважливіших напрямів науково-технічного прогресу, в якому проблеми механіки та нових технологій стикаються з проблемами штучного інтелекту.

Конструктори LEGO Mindstorms дозволяють усвідомлено підійти до конструювання, моделювання та автоматичного керування.

Конструктор Lego Mindstorms NXT складається з системного блоку (контролера), що є головним блоком системи, що обробляє сигнали приєднаних до нього датчиків, і управляючим виконавчими механізмами за алгоритмом, реалізованим у середовищі розробки, що поставляється з конструктором.

До системного блоку можна підключити до чотирьох різних датчиків, таких як ультразвуковий датчик, що визначає відстань до об'єкта, мікрофон, що реєструє гучність звукових сигналів, датчик освітленості, кнопки системного блоку і датчики сервомоторів. Інформацію, отриману з цих датчиків, системний блок обробляє за закладеною в ньому програмою та керує сервомоторами, звуковим випромінювачем та РКІ екраном.

p align="justify"> Актуальність даної роботи полягає в тому, що на даний момент роботи використовуються практично у всіх сферах діяльності людини. Вони виконують завдання, які можуть бути небезпечними для людей. Наприклад, робота з вибуховими речовинами, проникнення у важкодоступні місця,використання роботів при дослідженнях космічних тіл та реєстрації даних без участі людини.

Новизна проекту полягає в тому, що існує можливість перетворення Lego-робота фактично на цифрову природничо лабораторію. Це стає можливим завдяки використанню адаптера, призначеного для поєднання інтелектуального блоку робота Minstorms NXT з датчиками Vernier, та відповідного програмного забезпечення. Використання такого робототехнічного комплекту відкриває нові можливості та дозволяє використовувати як інтелектуальний блок NXT, так і самого Lego-робота для проведення численних експериментів у різних областях.

2.4 Цілі та завдання;

Мета роботи : вивчення програмованого робота на основі конструктора Lego Mindstorms NXT і створення дистанційно-керованої моделі, з спільним використанням фізичних датчиків Vernier.

Для досягнення мети були поставлені такі завдання:

2.5 Методи дослідження;

Теоретичні методи: визначення проблем, формулювання гіпотез та оцінка зібраних фактів.

2.6 Обладнання та програмне забезпечення.

2. Інтелектуальний блок Lego NXT+ конструктор

3. Планшетний комп'ютер ASUS eeePAD TRANSFORMER TF101

6. Датчик магнітного поля Vernier

7. Датчик звуку NXT

8.Адаптер датчика Vernier NXT

9. Wi-fi Router Asus RT 12

10. Доступ до високошвидкісного Інтернету (від 2 Мбіт/сек)

11. Програмне забезпечення Minstorms NXT 2

12. Програма NXT Remote control

3. Опис методики проведення дослідження.

3.1 Підготовка до проведення дослідження:

  1. Після блоку Wait (Чекати) (рис № 3) помістити в ланцюжок формування програми блок Start Datalog (Початиреєстрацію даних). Встановити Тривалість 10 секунд. Встановити Rate (Частота) 5 вимірів на секунду. Налаштування порту 4, з'єднаного з датчиком магнітного поля Vernier, на 6, 4 мТл і порту 3, з'єднаного з датчиком звуку NXT. (рис №2)

  1. Після блоку Почати реєстрацію даних у ланцюжок формування програми помістіть блок Закінчити реєстрацію даних.
  2. Далі програму необхідно завантажити у мікрокомп'ютер робота. Для цього натиснути кнопку Download (завантажити) у NXT.

Примітка: Ця команда не запускає експеримент, а лише зберігає програму в пам'яті блоку NXT

  1. Після завантаження від'єднайте блок NXT від комп'ютера.

Тепер конструкція готова до віддаленої реєстрації даних про магнітне поле та рівень шуму.

  1. Нам необхідно змусити робота рухатися під дистанційним керуванням.
  1. Для того щоб виконувати дистанційне керування роботом Minstorms NXT необхідно на планшетному комп'ютері встановити програмне забезпечення NXT Remote control (Додаток). Увімкнути bluetooth на блоці NXT. Запустити програму NXT Remote control

Здійснити пошук пристроїв та вибрати необхідне.

Робот готовий до дистанційного керування

3.2 Проведення експерименту:

  1. Поставте робота NXT на підлогу. Тепер дистанційно керуючи роботом необхідно віддалено провести вимірювання магнітного поля та рівня шуму в різних місцях школи.
  2. Щоб зробити перший вимір, достатньо запустити сервомотор А з планшетного комп'ютера. Після цього здійснюватиметься реєстрація даних, яка триватиме 10 с, після чого програма знову чекатиме запуск сервомотора А.

У цей час ми можемо переміститися до наступногооб'єкту та аналогічно першому виміру зафіксувати рівень шуму та індикації магнітного поля. Таким чином, можна виконати віддалену реєстрацію даних у кількох місцях.

4. Результати дослідження

4.1 Опис даних.

Нами були отримані свідчення, зареєстровані у наступних приміщеннях школи:

  1. Кабінет директора школи
  2. Їдальня
  3. Рекреація (початкова школа)
  4. Кабінет (початкова школа)
  5. Кабінет завуча
  6. Спортивний зал
  7. Кабінет 313 (кабінет інформатики)
  8. Серверна
  9. Інформаційний центр
  10. Кабінет 315 (кабінет інформатики)

Усі дані були зафіксовані та збережені роботом Minstorms NXT у файли. (Додаток №1)

Після завантаження даних було проведено аналіз побудованих графіків та таблиць. (Додаток №)

У діючих СанПіН 2.1.2.2801-10 «Зміни та доповнення №1 до СанПіН 2.1.2.2645-10 «Санітарно-епідеміологічні вимоги до умов проживання в житлових будинках та приміщеннях» сказано таке: "Гранично допустимий рівень рівним 1,5". Також встановлені гранично допустимі значення інтенсивності та напруженості магнітного поля частотою 50 Гц:

у житлових приміщеннях - 5 мкТл або 4 А/м;

у нежитлових приміщеннях житлових будинків, на селитебній території, у тому числі на території садових ділянок - 10 мкТл або 8 А/м. Середньо допустимим є рівень шуму 40 дБ.

На підставі показань було знайдено середні показники рівня шуму (Дб) та індукції магнітного поля (мкТл) та зафіксовано у наступній таблиці

Таблиця № 1 «Середні показники рівня шуму та магнітного поля»