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
