18 червня 2019, вівторок

Управление территориально-распределенными системами, роботами, объектами и комплексами. Современные технологии в учебном процессе ЦНТУ

В настоящее время растет дефицит квалифицированных технических специалистов в сфере промышленного производства, на что неоднократно обращал внимание общественности Павел Леонидович Штутман в своих выступлениях и публикациях.

Подготовка технических специалистов в профильных ВУЗах имеет ряд особенностей, которые непосредственно влияют на квалификацию выпускников.

Одна из особенностей – отсутствие современных курсов и современной лабораторной базы для обучения студентов.

Например, в области программирования сложные понятия в работе систем приходится объяснять буквально на пальцах.

Ситуация усугубляется тем, что студенты не имеют возможности получить практические навыки, необходимые им в своей профессиональной деятельности.

Закономерно, что качество подготовки специалистов и квалификация выпускников не удовлетворяют требованиям работодателей.

Таким образом, становится очевидной необходимость оснащения учебных аудиторий современной лабораторной базой.

С целью повышения уровня подготовки и, соответственно, квалификации программистов, на кафедре “Програмування комп’ютерних систем і мереж” факультета Автоматики и энергетики ЦНТУ, создан и внедрен в учебный процесс очередной учебно-методический комплекс (УМК), состоящий из учебно-методических материалов и аппаратно-программного комплекса (АПК).

1. Назначение

Учебно-методический комплекс предназначен для подготовки программистов в области разработки и управления территориально-распределенными системами, роботами, объектами и комплексами (рис.1).

   

Рис. 1 –  Управление территориально-распределенными системами, роботами, объектами и комплексами

2. Область применения

Основной областью применения АПК является:

2.1. Разработка и отладка программного обеспечения для широкого круга задач в рамках лабораторных работ в учебных учреждениях.

2.2. Разработка и отладка программного обеспечения для управления системами различного назначения, например:-для систем точного земледелия (спутниковое позиционирование, контроль высева зерна и т.д)

  • для систем управления комплексами водоснабжения и полива (управление задвижками, измерение давления воды и т.д)
  • для роботов и роботизированных систем (локальных и распределенных)
  • для зерносушилок, дозаторов и другого оборудования различного назначения
  • для систем «Умный дом»
  • для систем спутникового позиционирования и слежения за перемещением объектов наблюдения
  • для управления системами охранной сигнализации, пожарной безопасности, видеонаблюдения и т.д.
  • для управления различными локальными и распределенными объектами и т.д.
  • для взаимодействия с Web-сайтами, серверами и сетевыми клиентами

Беспроводное взаимодействие с объектами управления осуществляется через сеть Internet с помощью сетевых протоколов и сеть GSM, если Internet недоступен.

Управление объектами осуществляется через АПК, Web-серверы, смартфоны и планшеты под управлением ОС Android.

2.3. Учебные дисциплины в которых используется Учебно-методический комплекс 

Учебно-методический комплекс используется при изучении ряда специальных дисциплин:

  • «Програмування мікроконтролерних систем»
  • «Програмне забезпечення управляючих мікро ЕОМ»
  • «Архітектура комп’ютерів»
  • «Програмування мобільних пристроїв та систем»
  • «Програмування додатків для OC Android»

Аппаратно-программный комплекс представляет собой  функциональный блок с интегрированными модулями (рис.2).

Интеграция модулей осуществлена на конструктивном, аппаратном и программном уровне.

Рис. 2 –  Аппаратно-программный комплекс

3. Структура Аппаратно-программного комплекса

Аппаратно-программный комплекс имеет следующую структуру (рис 3):

– Контроллеры
– Устройства ввода – вывода
– Внешние устройства
– Операционные системы
– Сетевые протоколы
– Интерфейсы связи с объектами и устройствами
– Беспроводные интерфейсы
– Объекты управления

Рис. 3 –  Структура аппаратно-программного комплекса

4. Состав аппаратной части  комплекса

4.1.Модули контроллеров:

– PIC 18F25K22
– STM 32F103C8T6
– ESP 32
– ESP 8266  (рис. 4)

Рис. 4 –  Сменные модули контроллеров

Предусмотрена установка любых других контроллеров и ПЛМ.

4.2. Сетевые коммуникационные модули:

– Модуль Wi-Fi:  ESP 8266
– Модуль Wi-Fi:  ESP 32
– Модуль GSM: SIM800L

4.3. Вспомогательные модули

– Гироскоп: L3G4200D
– Акселерометр: ADXL345
– Модуль GPS:  M8030 NEO-M8N
– Модуль SD Card (read/write)

4.4. Устройства ввода:

– TouchScreen SPI (TFT дисплей)
– Аналоговый потенциометр
– Цифровой потенциометр: X9C103SZI
– Цифровой энкодер
– Набор кнопок
– Набор тумблеров
– UART
– Wi-Fi
– GSM
– GPS

 4.5. Устройства вывода:

– TFT SPI дисплей
– OLED I2C serial дисплей
– Набор светодиодов
– Набор RGB светодиодов
– Матрица LED 8×8 SPI
– UART
– Wi-Fi
– GSM

4.6. Объекты управления:

– Двигатель постоянного тока
– Шаговый двигатель
– Сервопривод

4.7. Расширение:

Для разработки и/или подключения других модулей предусмотрена макетная панель и  клеммы расширения.

5. Состав программной части комплекса
5.1. Сетевые модули:

– FTP Server, Client
– HTTP Server, Client
– MQTT Client
– Websocket Client
– Redis Client
– Net (UDP, TCP)
– CJSON
– CoAP
– IMAP (e-mail)
– WiFi (Station, Access Point)
– WiFi Monitor
– Sqlite3 (SQL)
– Crypto
– TLS

5.2. Библиотеки и драйверы для:

– управления аппаратными модулями комплекса и внешними шилдами
– управления модулем GPS/ГЛОНАСС
– управления модулем GSM
– библиотека графического интерфейса с элементами дискретного и пропорционального управления

5.3. Другие библиотеки и драйверы

При необходимости легко устанавливаются/используются необходимые библиотеки и драйверы

6. Языки программирования для учебных дисциплин:

Разработка программ для Аппаратно-программного комплекса осуществляется на языках программирования:

– С (PIC – контроллеры, STM 32 Cortex)
– Lua (Контроллеры ESP 8266, ESP 32)
– micro-Python (Контроллеры ESP 8266, ESP 32)
– Java (Приложения для ОС Android)

Аппаратно-программный комплекс  экспонировался на выставке научно-технических достижений ЦНТУ 18.04.2019.

http://pksm.kntu.kr.ua/EXP.html

 

Авторы и исполнители:

к.т.н., доц. Смирнов В.В.

к.т.н., доц. Смирнова Н.В.

 

ЦНТУ, Факультет автоматики та енергетики,

кафедрa Програмування комп’ютерних систем і мереж.

Проспект Університетський, 8. м. Кропивницький, 25006, Україна        

Источник: http://pksm.kntu.kr.ua/DEVELOPMENTS_2.html

 

Управление территориально-распределенными системами, роботами, объектами и комплексами. Современные технологии в учебном процессе ЦНТУ
Оцінити цей запис