Цыганаш Андрей Павлович, 9 "В" класс, КГУ "Гимназия № 24 отдела образования акимата города Тараза",  Республика Казахстан, Жамбыльская область, город Тараз. 

Научный руководитель: Куцева Альфия Анатольевна, учитель информатики, КГУ "Гимназия № 24 отдела образования акимата города Тараза",  Республика Казахстан, Жамбыльская область, город Тараз.

Научный проект «Sport Tires»

Научный проект «Sport Tires»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время робототехника превратилась в развитую отрасль промышленности: тысячи роботов работают на различных предприятиях мира, подводные манипуляторы стали непременной принадлежностью подводных исследовательских и спасательных аппаратов, изучение космоса опирается на широкое использование роботов с различным уровнем интеллекта. Особенное внимание уделяется автоматизации тяжелых, вредных, утомительных и монотонных работ в различных отраслях с помощью роботов-манипуляторов.

Привлечение школьников к исследованиям робототехники, обмену технической информацией и начальными инженерными знаниями, развитию новых научно-технических идей позволит создать необходимые условия для высокого качества образования, за счет использования в образовательном процессе новых педагогических подходов и применение новых информационных и коммуникационных технологий. Понимание феномена технологии, знание законов техники, позволит выпускнику школы соответствовать запросам времени и найти своё место в современной жизни.

Выбор проекта «Деревянные модели автомобилей» обусловлен интересом юношей к технике и автомобилям в частности. Воплощение моделей в дереве посредством столярного мастерства, развивает профессиональные навыки, помогает глубже на практике изучить и закрепить знания, получаемые на уроках профессионально – трудового обучения, развивает творчество, умение терпеливо и кропотливо достигать, поставленной перед собой цели.

Актуальность темы: заключается в том, что на временном этапе развития современной машиностроительной индустрии остро стоит вопрос о безопастности движения как пешеходов, так и самих машин. Проблема автоматического торможения широко рассматриваются как со стороны программного обеспечения так и со стороны аппаратного обеспечения.  Проект  предлагает минимальное решение данной проблемы, использование   на базе конструкции деревянной машины оснащенной андруино нано и специальных датчиков выполняет автоматическое торможение.

Объект исследования: различное программное и аппаратное обеспечение для создания машины с искусственным интеллектом автоматического торможения.

Задачи исследования:

• дать базовые представления о принципах построения материальной модели;
• овладеть понятиями и навыками работе с микроконтроллером Arduino и практическими навыками моделирования;
• научиться использовать программный пакет С++ для создания скейча для программирования платформы Arduino;

получить новые возможности развивать потенциальные способности для автоматического торможения автомоделей.

Методы исследования: Для  решения поставленных в проекте задач применяли следующие методы: теоретический -  анализ литературы, архивных материалов, документации и продуктов деятельности; исследовательский - изучение языка С++ и программирования Arduino; метод моделирования - созданию материальной модели, увеличение функциональности моделей за счет применения функциональных датчиков.

В результате проделанной работы получен продукт – модель деревянной машины с устройством автоматического торможения.

Практическая значимость заключается  в изучении использования различного программного и аппаратного обеспечения  для создания машины с искусственным интеллектом автоматического торможения. Результаты работы новы и интересны и смогут использоваться другими пользователями.

Практическая значимость заключается  в изучении использования различного программного и аппаратного обеспечения  для создания машины с искусственным интеллектом автоматического торможения. Результаты работы новы и интересны и смогут использоваться другими пользователями.

Этапы исследования: первый этап ислледования состоит из анализа программного обеспечения и аппаратного обеспечения, с помощью литературы предосталенных самими разработчиками.

Второй этап изучение и анализ приемов моделирования.

Третий этап  практическое применение полученных знаний, на примере создания материальной модели с автоматическим тормажением, для использования в различных сферах деятельности человека.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА

1.1.1.Sport Tires. Model "U-9 Grand Prix Cfr"  фирма UCEARS

Этот вид деревянного автомобиля  был собран из конструкции model"U-9 Grand Prix Cfr" ucears купленной через интернет магазин. Участник проекта собрал машину самостоятельно используя инструкцию сборки.

Выбор «Деревянные модели автомобилей» обусловлен интересом юношей к технике и автомобилям в частности. Воплощение моделей в дереве посредством столярного мастерства, развивает профессиональные навыки, помогает глубже на практике изучить и закрепить знания, получаемые на уроках, развивает творчество, умение терпеливо и кропотливо достигать, поставленной перед собой цели.

Эти масштабные модели автомобилей кажутся очень, очень хрупкими. Первая мысль, возникающая при взгляде на модели, — как это сделано? Как можно выточить два десятка полумиллиметровых дверных петель, вставить в них еще более тон кий штифт и заставить эту дверь открываться? Как можно выточить шестерни сцепления и соединить их с трансмиссией, если диаметр каждой шестерни не превышает нескольких миллиметров? При том, что все это не стальное, а деревянное, почти невесомое и требующее нечеловеческой точности в расчетах и обработке.

Модель автомобиля выполнена в масштабе 1:24, и в ней движется — без преувеличения — всё. Капот открывается и складывается, жалюзи на нем поворачиваются, открываются двери (причем работают даже дверные замки — чтобы открыть, нужно повернуть рукоятку на бамбуковой пружине), двигается рычаг ручного тормоза, подвеска прогибается под собственным весом модели. Если проворачивать задние колеса, срабатывает привод через карданный вал (косые шестерни), движется коленвал двигателя, вращается вентилятор. Рулевое управление также детализировано, выдержано даже передаточное отношение: на два поворота руля — полный поворот передних колес. Снимается крыша, выдвигаются ящички и бардачки в салоне, движутся дворники, откидываются дополнительные сиденья.

Но дело не только в подвижных элементах — неподвижные тоже поражают своей точностью.

Если при первом взгляде на модели автомобилей единственное возникающее чувство — это восхищение, смешанное с удивлением, то при втором появляются технические вопросы. Например: не каждое дерево достаточно мелко, дисперсно, многие сорта не способны сохранять твердость при подобном «измельчении». Какие сорта использует мастер? Самые разные: черное дерево, палисандр, родезийский тик, граб, орех, самшит, сливу, яблоню, бамбук, грушу, вишню, бук, древесину грецкого ореха, красное дерево.

Изготовление деревянных моделей автомобилей развивает профессиональное мастерство, умение владеть различными инструментами, дает дополнительные навыки в черчении, конструировании и рисовании, формирует творческие способности ученика.

Знакомство учащихся  с принципами и методами разработки, конструирования и программирования управляемых электронных устройств на базе контроллера

Повышение мотивации к обучению предметов физика, информатика, математика

1.2.1. ARDUINO NANO.

Arduino - это семейство электронных платформ, предназначенных для изучения проектирования электроники.

Arduino Nano входит в тройку самых популярных плат ардуино. Она позволяет создавать компактные устройства, использующие тот же контроллер, что и в Arduino Uno. В этой статье мы рассмотрим плату поближе: разберемся с распиновкой платы, узнаем особенности подключения и сделаем краткий обзор шилдов и плат расширения для Nano.

Arduino NANO - компактная платформа для прототипирования микроэлектронных устройств, предназначенная для использования с макетной платой. Функционал устройства во многом схож с Arduino UNO и отличается от нее лишь размерами платы и отсутствием отдельного разъема для питания.

Основа Arduino Nano - микроконтроллер на базе ATmega328, логическая микросхема для обработки данных с тактовой частотой 16 МГц, имеющая на борту 8 аналоговых и 14 цифровых контактов общего назначения, а также все необходимые интерфейсы: I2C, SPI и UART.

Arduino является платформой с открытой архитектурой и программным обеспеченем. Arduino Nano - идеальный инструмент, способный показать, насколько легким может стать процесс изучения электроники, схемотехники и программирования. За счет своих компактных размеров АРДУИНО НАНО помещается вместе с датчиками и сенсорами на одной макетной плате.

Имеются ограничения по напряжению и току на входы и выходы платы. Все цифровые и аналоговые контакты работают в диапазоне от 0 до 5 В. При подаче питания, выходящего за рамки этих значений, напряжение будет ограничиваться защитными диодами. В этом случае сигнал должен подключаться через резистор, чтобы не вывести контроллер из строя. Наибольшее значение втекающего или вытекающего тока не должно превышать значение 40 мА, а общий ток контактов должен быть не более 200 мА.

На плате имеются 4 светодиода, которые показывают состояние сигнала. Они обозначены как TX, RX, PWR и L. На первых двух светодиод загорается, когда уровень сигнала низкий, и показывает, что сигнал TX или RX активен. Светодиод PWR загорается при напряжении в 5 В и показывает, что подключено питание. Последний светодиод – общего назначения, загорается, когда подается высокий сигнал.

 Имеются ограничения по напряжению и току на входы и выходы платы. Все цифровые и аналоговые контакты работают в диапазоне от 0 до 5 В. При подаче питания, выходящего за рамки этих значений, напряжение будет ограничиваться защитными диодами. В этом случае сигнал должен подключаться через резистор, чтобы не вывести контроллер из строя. Наибольшее значение втекающего или вытекающего тока не должно превышать значение 40 мА, а общий ток контактов должен быть не более 200 мА.

На плате имеются 4 светодиода, которые показывают состояние сигнала. Они обозначены как TX, RX, PWR и L. На первых двух светодиод загорается, когда уровень сигнала низкий, и показывает, что сигнал TX или RX активен. Светодиод PWR загорается при напряжении в 5 В и показывает, что подключено питание. Последний светодиод – общего назначения, загорается, когда подается высокий сигнал.

1.2.2.ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Технические характеристики Arduino Nano:

• Напряжение питания 5В;
• Входное питание 7-12В (рекомендованное);
• Количество цифровых пинов – 14, из них 6 могут использоваться в качестве выходов ШИМ;
• 8 аналоговых входов;
• Максимальный ток цифрового выхода 40 мА;
• Флэш- память 16 Кб или 32 Кб, в зависимости от чипа;
• ОЗУ 1 Кб или 2 Кб, в зависимости от чипа;
• EEPROM 512 байт или 1 Кб;
• Частота 16 МГц;
• Размеры 19 х 42 мм;
• Вес 7 г.
• Питание платы может осуществляться двумя способами:
• Через mini-USB или microUSB при подключении к компьютеру;
• Через внешний источник питания, имеющий напряжение 6-20 В с низким уровнем пульсаций.

1.2.3.РАСПИНОВКА ARDUINO NANO

1 пин — TX (передача данных UART), D0.

2 — RX (прием данных UART), D1. RX и TX могут использоваться для связи по последовательному интерфейсу или как обычные порты данных.

3, 29 – сброс.

4, 29 – земля.

5 – D2, прерывание INT0.

6 – D3, прерывание INT1 / ШИМ / AIN0.

7 – D4, счетчик T0 / шина I2C SDA / AIN1. AIN0 и AIN1 – входы для быстродействующего аналогового компаратора.

8 – D5, счетчик T1 / шина I2C SCL / ШИМ.

9 – 16 – порты D6-D13, из которых D6 (9й), D9 (12й), D10 (13й) и D11 (14й) используются как выходы ШИМ. D13 (16й пин) — светодиод. Также D10 – SS, D11 – MOSI, D12 – MISO, D13 – SCK используются для связи по интерфейсу SPI.

18 – AREF, это опорное напряжение для АЦП микроконтроллера.

19 – 26: аналоговые входы A0… A7. Разрядность АЦП 10 бит. A4 (SDA), A5 (SCL) – используются для связи по шине I2C. Для создания используется специальная библиотека Wire.

Микроконтроллеры обладают большими функциональными возможностями, но у них есть один недостаток – это ограниченное число выводов. Поэтому на этапе составления схемы устройства следует продумать, каким образом можно максимально упростить проект, чтобы сократить число нужных для подключения контактов.