МЕХАТРОННИЙ ПРИСТРІЙ ШЛЯХОВОГО ШАБЛОНУ

студент 4 курсу, кафедра МАУТ СамГУПС,

канд. пед. наук, доц. кафедри МАУТ,

АННОТАЦІЯ

У роботі описується мехатронний пристрій колійного шаблону призначений для застосування в технологічному процесі обслуговування стрілочних перекладів шляхом вимірювання та оцінки параметрів проміру, а саме визначення ширини колії та взаємного положення рейкових ниток по висоті

Розроблений пристрій розміщуватиметься на колійному шаблоні дорожнього майстра і підтримує автономний режим роботи.

Ключові слова: Шляховий шаблон, стрілочні переклади, геометричного стану колії, ширина колії, рівень взаємного положення рейок, мехатронний пристрій.

Розроблений мехатронний пристрій дозволяє автоматизувати введення результатів промірів, щоб спростити роботу дорожніх обхідників, скоротивши час зняття проміру та внесення даних до загальної бази.

Мехатронний пристрій керується платою Arduino Nano повнофункціональним мініатюрним пристроєм на базі мікроконтролера ATmega328, адаптованим для використання з макетними платами. Плата була обрана виходячи з її широкого функціоналу та невеликого розміру.

Середовище розробки ґрунтується на мові програмування Processing. Мова програмування аналогічна використовуваному у проекті Wiring. Програми для Arduino пишуться на звичайному C++, доповненому простими та зрозумілими функціями для керування введенням/виводом на контактах. Програми обробляються за допомогою препроцесора, потім компілюється за допомогою AVR-GCC.

Висновки платформи Arduino можуть працювати як входи, так і виходи. Також аналогові виходи Arduino можуть конфігуруватися і працювати як і, як і цифрові порти ввода/вывода

У мікроконтролерах ATmega328 реалізовано підтримкупослідовних інтерфейсів I2C (TWI) та SPI. До програмного забезпечення Arduino входить бібліотека Wire, що дозволяє спростити роботу з шиною I2C.

ATmega328 в Arduino Nano випускається з прошитим завантажувачем, що дозволяє завантажувати в мікроконтролер нові програми без необхідності використання зовнішнього програматора. Взаємодія з ним здійснюється за оригінальним протоколом STK500.

На малюнку 1 представлена ​​структурна мехатроного пристрою колійного шаблону, в яку входять: мікропроцесорна плата Arduino nano, Акомулятор, LCD екран електронна лінійка KTF-1750, Bluetooth hc-05, датчик кута нахилу інклінометр STS-112-2, кнопка включення, резистор на 1

Arduino

Малюнок 1. Структурна схема мехатронного пристрою дорожнього шаблону

Електронна лінійка KTF-1750 Liner застосовується для вимірювання ширини колії - це нескладний механічний пристрій, який генерує різний опір на виході під час руху повзуна. Пропускаючи напругу через себе та подаючи його на аналоговий вхід плати Arduino, ви можете вимірювати опір, який генерується лінійкою в аналоговому вигляді. У цьому прикладі ви реалізуєте відстеження стану вашого датчика за допомогою налаштування обміну даними платою Arduino з комп'ютером за серійним протоколом.

Коли рухається повзунок лінійки, змінюється опір на краях провідника, який підключений до центрального конектора. Коли опір між центральним конектором і бічним, який підключений до 5 вольтів близький до 0 (а опір на іншому кінці близько 10 кОм), напруга на центральному піні наближається до 5 вольтів. Коли опір змінюється, напруга на центральному піні прагне землі, тобто до 0 вольт. Ця напруга є аналоговою, яка ізчитується як вхідний сигнал.

На платах Arduino є вбудований аналогово-цифровий перетворювач, який зчитує змінну напругу і перетворює його на числове значення в діапазоні від 0 до 1023. У момент, коли вал повернутий до упору в одному з напрямків, на піні буде 0 вольт, яке згенерується буде рівно 0. Коли вал повернутий до упору в іншому напрямку, на пін подається 5 вольт і числове значення дорівнює 1023. У положеннях між крайніми, функція analogRead() повертає цифрове значення в діапазоні між 0 і 1023, яке буде пропорційно напрузі на піні . У роботі використовувався метод юстування, були зроблені розрахунки та значення діапазону перетворювача юстувалися значення шкали встановленої на шаблоні.

Для відображення інформації використовується LCD 16x2, на графічному рідкокристалічному дисплеї одна велика сітка пікселів. На ньому можна відобразити текст, але краще виводити зображення. Графічні LCD зазвичай більші за розмірами, на них більше контактів для підключення.

Модуль кута нахилу інклінометра STS-112-2 застосовується для визначення взаємного положення рейкових ниток по висоті.

Нахил визначають за допомогою сили гравітації Землі, геомагнітного поля, гіроскопічного ефекту або застосовують непрямі виміри. Якщо єдиною силою, що діє на об'єкт є сила гравітації, то для визначення статичного кута нахилу використовується MEMS-акселерометр , прилад, який вимірює проекцію прискорення (суперпозицію власного прискорення акселерометра і вектора гравітації) на його чутливу вісь. За величиною виміряної проекції визначається кут нахилу. Сила гравітації має постійну величину будь-які додаткові сили, що діють на об'єкт, змінять вихіднідані акселерометра, отже у розрахунку кута нахилу.

Arduino

Малюнок 2. Інтерфейс середовища розробки Arduino

Для зручності Arduino IDE використовуються стандартні бібліотеки для спрощення роботи з датчиками.

Робота датчиків мехатронного пристрою колійного шаблону синхронізована зі спеціалізованим програмним забезпеченням стороннього ПК, через пристрій зв'язку. Дорожній робітник задає номери:

Ці параметри передаються та відображаються на LCD екрані. Дозволяючи робочому наочно побачити та порівняти вимірювані параметри із показаннями на механічному шаблоні

Це дозволяє виключити помилки в прив'язці параметрів, що знімаються, до місця проміру.

На малюнку 3 відображено інтерфейс мехатронного пристрою дорожнього шаблону.

Arduino

Малюнок 3. Інтерфейс мехатронного пристрою дорожнього шаблону

На екрані відображаються основні параметри, місце та точки, на яких проводяться вимірювання, а також результати вимірювань. Дозволяючи майстру проводить вимірювання порівняти результати з механічним шаблоном, перед відправкою даних на планшетний ПК.

Мехатронний пристрій колійного шаблону, що розробляється, призначений для застосування в технологічному процесі обслуговування стрілочних перекладів шляхом вимірювання та оцінки параметрів ширини колії та рівня піднесення двох паралельних рейок відносно один одного. Має модульну систему, що дозволяє легко замінювати та додавати комплектуючі, розширюючи функціонал системи, а завдяки невисокій вартості комплектуючих можливе масове застосування.

Подальшим напрямком розвитку мехатронного пристрою є розширення його функціональних можливостей необхідних для ширшої діагностики шляху та стрілочних перекладів шляхом збільшення вимірювальних засобів у пристрої.

Список літератури:

  1. Петін В. А. П29 Проекти з використанням контролера Arduino. - СПб.: БХВ-Петербург, 2014. - 400 с.: Іл. - (Електроніка)
  2. Петін В. А. П29 Проекти з використанням контролера Arduino. - 2-ге вид., перероб. та дод. - СПб.: БХВ-Петербург, 2016. - 464 с.: Іл. - (Електроніка)
  3. Соммер У. С61 Програмування мікроконтролерних плат Arduino/Freeduino: Пров. з ним. - 2-ге вид., перероб. та дод. - СПб.: БХВ-Петербург, 2016. - 256 с.: іл. - (Електроніка)
  4. Чернічкін М. Ч-49 Велика енциклопедія електрика / Чернічкін Михайло Юрійович. - М.: Ексмо, 2011. - 272с.: іл.