ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» “Электропривод и автоматизация промышленных установок” (полное название кафедры) Отчёт По производственной практике Студента___2___курса_ЭАПУ ск-21_группы направления подготовки электроэнергетика и электротехника профиль электропривод и автоматика____ ________Кротков А.А.__________ (фамилия и инициалы) Руководитель__Землянский А.И.__________ _______________________________________ (должность, ученое звание, научная степень, фамилия и инициалы) Национальная шкала_____________________ Количество балов:______Оценка ECTS_____ г. Донецк – 2023 Содержание Разработка системы управления умным домом 1.1 Введение…………...…...……………………………………………………..3 1.2 Обзорно-аналитическая связь……………….................................................7 1.3 Автоматизированные системы управления зданием……………................8 1.4 Выбор инструментальный средств, для разработки программного обеспечения………………………………………………………………...........15 1.5 Заключение…………………..……………………………………………....17 Интеллектуальные светофоры 2.1 Введение……………………..……………………………………………….18 2.2 Принципы работы «Умный светофор»…………………………..…………19 2.3 Положительные стороны системы «Умный светофор»……..…………….22 2.4 Отрицательные стороны системы «Умный светофор».…………………...22 2.5 Сборка контроллера светофора...………………………………....………..23 2.6 Схема управления светофора……………………………………..…..……24 2.7 Заключение………………………………………………………….………28 3 Разработка системы управления умным домом 1.1 Введение За последние 20.30 лет системы автоматизированного управления перестали быть модной экзотикой. Вне зависимости от области применения, будь то здание, сборочный цех или поезд метро, целью внедрения таких систем являются снижение эксплуатационных расходов, обеспечение важной информацией, повышение безопасности и комфорта. Но, несмотря на то, что журналистов модных изданий сейчас больше интересуют достижения традиционных IT-компаний, прогресс в области автоматики управления может в ближайшем будущем оказать на наше мироощущение не меньшее воздействие, чем появления сотовых телефонов и Internet. [1] Для того чтобы понять, как сильно изменились возможности в области автоматизации за последние годы и как они еще поменяются, важно осознать значение некоторых технологических прорывов, которые произошли за последние годы. Разработчики не стоят на месте. Предсказать, как далеко они уйдут вперед всего через несколько лет, можно только, бросив взгляд назад. После завершения эры мэйнфрэймов, широкое развитие получили сети миникомпьютеров, а затем, дешевых персональных ЭВМ, способных, тем не менее, решать достаточно сложные профессиональные задачи. В данной дипломной работе некоторые фрагменты текста отсутствуют или замещены на текст не соответствующий теме этого диплома. Отсутствуют или не соответствуют некоторые необходимые формулы, расчеты, диаграммы и таблицы. Для получения оригинальной версии работы пишите на электронный адрес, указанный в конце дипломной работы, в заключении. Объединенные в сети, подобные устройства находят все более широкое применение в системах автоматики различного назначения. Правда, на пути технического прогресса оказалось немало серьезных препятствий. Мало того, что системы автоматики различного назначения были 4 автономны, но и сходные по управляющим функциям системы различных производителей были, как правило, несовместимы между собой. Фирмыразработчики использовали свои закрытые коммуникационные протоколы и не предусматривали интерфейсов для взаимодействия с системами других производителей. Являясь собственностью соответствующие продукты и технологии отдельных автоматизации компаний, с трудом поддавались интеграции друг с другом. Для решения этой проблемы требовались дорогостоящие технические решения, связанные с написанием нового программного обеспечения, изменения топологии сети и закупки дополнительных компонентов. Правда, на пути технического прогресса оказалось немало серьезных препятствий. Мало того, что системы автоматики различного назначения были автономны, но и сходные по управляющим функциям системы различных производителей были, как правило, несовместимы между собой. Фирмыразработчики использовали свои закрытые коммуникационные протоколы и не предусматривали интерфейсов для взаимодействия с системами других производителей. Являясь собственностью соответствующие продукты и технологии отдельных автоматизации компаний, с трудом поддавались интеграции друг с другом. Для решения этой проблемы требовались дорогостоящие технические решения, связанные с написанием нового программного обеспечения, изменения топологии сети и закупки дополнительных компонентов. Таким образом, в определенный момент на рынке сложились объективные предпосылки для успешного внедрения новых подходов в области автоматизации. В данной дипломной работе некоторые фрагменты текста отсутствуют или замещены на текст не соответствующий теме этого диплома. Отсутствуют или не соответствуют некоторые необходимые формулы, расчеты, диаграммы и таблицы. Для получения оригинальной версии работы пишите на электронный адрес, указанный в конце дипломной работы, в заключении. Как комплексное 5 решение задачи сначала появились Intelligence Buildings (интеллектуальные здания), основой которых были структурированные кабельные сети. Система позволяла коммутировать и использовать один и тот же кабель для нужд АТС, компьютерной сети, системы безопасности и т.д. Потом начали появляться системы мультиплексирования каналов связи, позволяющие передавать по одному кабелю различную информацию одновременно. Бурно развивающаяся информатика позволила форсировать эти работы, когда всем стало ясно, что любой проект кабельной системы здания устаревает к моменту завершения строительства. Поскольку развитие данного направления представлялась более чем сверхприбыльным, на него были пущены немалые средства, и в результате появилась идея "умного дома". Типичный пример такого здания показан на рисунке 1.1. Рисунок 1.1 - «Умный дом» «Умный дом» - это комплекс электроники, которая работает внутри или снаружи дома и выполняет централизованное управление всеми (или почти всеми) инженерными системами. Под инженерными системами понимается всё техническое оборудование дома (от канализации до аудио-видео техники). 6 Идея «умного дома» состоит в том, что единый комплекс электроники согласованно управляет работой всего инженерного обеспечения дома. Очень важно, чтобы алгоритмы взаимодействия подсистем в доме были гибкими, и могли приспосабливаться под изменяющиеся нужды владельца дома. В данной дипломной работе некоторые фрагменты текста отсутствуют или замещены на текст не соответствующий теме этого диплома. Отсутствуют или не соответствуют некоторые необходимые формулы, расчеты, диаграммы и таблицы. Для получения оригинальной версии работы пишите на электронный адрес, указанный в конце дипломной работы, в заключении. Самая главная аксиома "умного дома" состоит в том, что система управления и её инженерные подсистемы должны быть построены по блочному принципу. Это означает, что каждая подсистема должна уметь работать автономно, чтобы её работу можно было отладить и обслуживать, отключив оборудование от центрального управления. "Умный дом" имеет ряд преимуществ: позволяет экономить до 10-18% электроэнергии, повышать комфорт и безопасность и т.д. Принцип работы "умного" дома заключается в центральном компьютере, принимающем сигналы от командных исполнительным устройств, системам. затем Управление эти сигналы различными передаются устройствами осуществляется простейшей системой автоматики. Впервые задача по созданию "умного дома" была решена в 1978 году компаниями Х10 USA и Leviton, которые разработали технологию для управления бытовыми приборами по проводам бытовой электросети. В данной дипломной работе некоторые фрагменты текста отсутствуют или замещены на текст не соответствующий теме этого диплома. Отсутствуют или не соответствуют некоторые необходимые формулы, расчеты, диаграммы и таблицы. Для получения оригинальной версии работы пишите на электронный адрес, указанный в конце дипломной работы, в заключении. Но технология эта была рассчитана на напряжение 110В и частоту сети 60 Гц, поэтому не получила распространения в России. Впрочем, Х10 сегодня уже считается 7 устаревшим, поскольку создавался для управления электроосветительными устройствами и поддерживал всего шесть команд управления питанием. Для создания "интеллектуального дома" этого явно недостаточно. Аудио - и видеотехника требуют как минимум команд смены каналов, изменения громкости, перемотки и управления воспроизведением; а ведь требуется управлять еще системой HVAC (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха). В поисках решений этой проблемы различными компаниями предпринимались попытки к разработкам новых протоколов передачи данных. 1.2 Обзорно-аналитическая часть В этом разделе будут рассмотрены существующие аналоги, которые выполняют такие же или схожие задачи. В проанализированных системах выявим достоинства и недостатки. «Умный дом», является совокупностью стандартов объединенных с разного рода приборами в систему и интеграцию нескольких систем в единую систему управления строением. Системы бывают следующие: 1. Система микроклимата (отопление, вентиляция кондиционирование, увлажнение) 2. Система безопасности (охранная, пожарная, система доступа, контроль утечек газа, видео наблюдение) 3. Система электропитания (резервные системы, контроль перегрузки электросети, система освещения) 4. Система связи (телефон, локальная сеть, SMS оповещение) 5. Система удаленного управления Технологии объединения и управления системами «умного дома» 1. LanDriver – универсальная платформа построения шинных систем управления используемая в автоматизации зданий. Предназначена для управления внутренними и внешними системами. Система LanDriver состоит из центрального контроллера и модулей подключенных между 8 собой шиной (стандарт RS-485). К модулям подключается управляемое оборудование. 2. EIB/KNX – Система EIB распределенная, управление осуществляется в пределах устройств. Устройства обмениваются информацией по шине EIB в соответствии с собственным протоколом. Система, построенная на EIB, автономна и не зависит от работоспособности центрального контроллера. 3. AMX разрабатывает программно аппаратные средства удаленного управления, медиа системой, системой видеонаблюдения и широкого спектра датчиков. Протоколы передачи данных закрыты. Изначально применялась собственная шина передачи данных, в новой линейки оборудования применяются стандартные протоколы Ethernet, Wi-Fi, а так же имеет шлюзы сопряжений с системами EIB, LON и др. 4. Z-wave, технология беспроводной передачи данных разработанная для домашней автоматизации. В технологии Z-wave применяются маломощные и миниатюрные радио модули, встраиваемые в бытовую технику. В основе технологии лежит ячеистая технология, в которой каждый узел является приемником и передатчиком, т.е. при возникновении препятствия сигнал пойдет через соседние узлы сети, находящиеся в радиусе действия. Еще одним преимуществом является малое энергопотребление, что вместе с малыми размерами, позволяет встраивать Z-wave в различные бытовые приборы. Стоит отметить, что большинство систем и технологий автоматизации помещений закрыты. 1.3 Автоматизированные системы управления зданием NetPing Сайт: http://www.netping.ru Отечественная компания «Alentis Electronics» является разработчиком и производителем устройства мониторинга окружающей среды NetPing. Основная сфера применения – удаленный 9 контроль и мониторинг устройств в доме и офисе. Задачи, решаемые при помощи устройства NetPing: 1. Удаленное управление электропитанием 2. Управление безопасностью и отслеживание чрезвычайных происшествий, используя датчики дыма, протечки воды, утечки газа, антивандальные системы, управление камерами видео наблюдения 3. Управление микроклиматом при помощи датчиков температуры, влажности и управление кондиционером через инфракрасный порт. управление АТС по порту RS-232 4. Дистанционное изменение настроек в зависимости от ситуации 5. Отправка уведомлений о неполадках или других важных событиях по средством SMS, электронная почта 6. Доступ к системе в реальном времени через HTTP или SNMP 7. Управление освещением и другими бытовыми приборами по расписанию Устройства NetPing позволяю подключить до 16 датчиков на одно устройство. Благодаря встроенному управление осуществляется через браузер. Web-серверу контроль и 10 Но можно использовать сторонние программы мониторинга, например Zabbix, Nagios и PRTG Network (http://www.paessler.com/prtg) который рекомендует производитель NetPing. Преимущество PRTG Network заключается в более удобном интерфейсе программы, возможность вести подробную статистику и мобильную версию приложения (Android и iOS) 11 OpenRemote Сайт http://www.openremote.org OpenRemote, программа обеспечивающая автоматизацию жилых и коммерческих помещений. OpenRemote позволяет создать мобильное приложение для умного дома без программирования, при этом возможно использовать разные технологии EIB/KNX, AMX, Z-wave. Простыми словами это кроссплатформенный конструктор, в котором Вы создаете интерфейс будущего мобильного приложения. Контроллеры которые могут быть использованы: AMX, KNX, Beckhoff, Lutron, Z-Wave, 1-Wire, MiCasaVerde Vera, EnOcean, xPL, Insteon, X10, Infrared, Russound, GlobalCache, IRTrans, XBMC, VLC, Samsung SmartTV, panStamps, Denon AVR, Marantz AVR, FreeBox, MythTV, RaZBerry и др. 12 Home Sapiens Сайт: http://home-sapiens.ru/ Интеллектуальная система с голосовым управлением, представляет собой комплект не входит программное обеспечение. оборудование, но при этом В обеспечена максимальная совместимость с компьютерным «железом». Обеспечена интеграция с системами Z-wave, Gira, ZigBee, x10, С-bus, что позволит управлять освещение, бытовой электроникой, системой отопления и пр. Основной упор идет на голосовое управление и удобный интерфейс. MajorDoMo 13 MajorDoMo – это открытая программная платформа, для автоматизации домашних процессов. Данная система кроссплатформенная и не требовательная к ресурсам компьютера. Может быть использована, без модулей (датчиков) в качестве персонального органайзера. адачи, решаемые при помощи MajorDoMo: 1. Система безопасности 2. Система микроклимата 3. Медиа система 4. Органайзер Fibaro Fibaro , система автоматизации зданий основанная на беспроводной технологии передачи данных Z-wave. Простой метод монтажа, так как не надо протягивать метры кабеля. Миниатюрные модули могут быть установлены за любым выключателем света или в бытовом приборе. Благодаря беспроводной технологии передачи данных устройства Fibaro можно демонтировать и переносить на новое место. Система Fibaro постоянно сканирует систему и при необходимости информирует Вас о происшествии. Высокая интеграция с другими системами. Мозгом системы Fibaro является Home Center 2. Интерфейс предоставляет простой контроль над группами устройств отвечающие за функции – отопления, кондиционирования, освещения и т.д. 14 Вывод 15 Из рассмотренных готовых программно-аппаратных решений функционально подходит система Fibaro, так как она элементарна в настройке и установке дополнительного оборудования. Но из-за высокой цены (23000р центральный блок управления + 33200 минимальный набор датчиков и модулей управления электропитанием и освещением) данная система не подходит. 1.4 Выбор инструментальных средств, для разработки программного обеспечения В качестве программной среды разработки для Arduino используется одноименная программа. Отвечает всем требования: 1. Кроссплатформенная 2. Бесплатная 3. Открытый исходный код 4. Простая установка и настройка 5. Множество разнообразных библиотек расширяющих функционал 16 ● C/С++. Объектно-ориентированный обеспечивает модульность, раздельную язык программирования, компиляцию, обработку исключений, абстракцию данных и т.д. Является одним из самых распространенных языков программирования, широко используется не только в разработке программного обеспечения, но и в драйверах разнообразных устройств. Хорошо подходит для программной среды Arduino, так как изначально язык программирования устройств Arduino основан на C/C++. На данный момент это самый удобный способ запрограммировать микроконтроллер. ● PERL. Высокоуровневый интерпретируемый динамический язык программирования общего назначения. Особенностью языка считается его богатые возможности работы с текстом, в том числе работа с регулярными выражениями. Практичен и легок в использовании. Требует дополнительной конфигурации среды разработки. 17 ● Python. Высокоуровневый язык программирования, ориентирован на повышение производительности разработчика, путем уменьшения синтаксиса. Python портирован практически на все платформы. Также как и Perl требует дополнительной настройки. Конечные функции ограниченны ● В качестве языка программирования для Arduino, будет использоваться язык C/C++, так как он неограничен в функционале, не урезаны библиотеки и не требует дополнительной настройки в среде разработки «Arduino». 1.5 Заключение Разработанная система управления умным домом позволяет повысить комфорт и безопасность проживания в доме, а также сократить расходы на энергопотребление. Система обладает высокой надежностью и функциональностью, что делает ее привлекательной для широкого круга пользователей. Кроме того, она может быть легко интегрирована с другими системами умного дома, что позволяет создавать более сложные и эффективные решения. Разработанная система управления умным домом может стать основой для создания более сложных и функциональных систем, которые будут использоваться в будущем. Интеллектуальные светофоры 18 2.1 Введение Транспортные пробки – один из наиболее негативных факторов современного города. Их отрицательное влияние распространяется на множество аспектов – таких как логистика, производительность туда, экология и многие другие. Уменьшение негативных факторов автомобильных пробок – задача, которая решается путем построения интегрированной системы: люди — транспортная инфраструктура максимальным — использованием транспортные новейших средства, с информационно- управляющих технологий. Такие "продвинутые" системы и стали называть интеллектуальными. Управление транспортом в наши дни – это сфера, объединяющая целый комплекс научных дисциплин, таких как: теорию управления, системный анализ, геодезическое обеспечение, теорию транспортных систем, информационное моделирование, топологический анализ, пространственные знания. Управление транспортной системой – совокупность различных мероприятий направленных на эффективное функционирование данной системы посредством координации, организации, упорядочения элементов данной системы, как между собой, так и с внешней средой. Интеллектуальная транспортная система (ИТС) – система управления, реализующая инновационные разработки для управления автомобильными потоками. В результате использования таких систем, мы получаем так называемые «умные дороги». Рассмотрим одну из составляющих ИТС – систему «умный светофор». Цель проекта: создание прототипа умного светофора. Согласно цели проекта были сформулированы следующие задачи: ● Изучить теоретические особенности и принцип работы «умного « светофора. 19 ● Создать модель контроллера светофора, работающего на основе плотности потока автомобилей, с использованием Arduino и удовлетворяющего следующим требованиям: 1. - избегать ожидания на перекрестках для участников движения, 2. если ожидание неизбежно - существенно снижать время ожидания для участников движения. Методы исследования: описательные (наблюдение, обобщение), эксперимент, анализ полученных данных, математические расчеты. Объект исследования : управление транспортной системой. Предмет исследования : интеллектуальная транспортная система - «умный» светофор. Теоретическая значимость: обоснование необходимости использования интеллектуальных транспортных систем, выделение положительных и отрицательных сторон при их использовании в современных условиях. Прикладная ценность полученных результатов: разработанный код программы контроллера светофора, работающего на основе плотности потока автомобилей, с использованием Arduino. 2.2 Принципы работы системы «Умный» светофор Обычный светофор работает по простейшей программе, которая не меняется в течение длительного времени (пока его вновь не решат перепрограммировать), - 10 секунд на красный, 20 — на зеленый (к примеру). Решение о том, сколько должен гореть «зеленый», а сколько «красный», принимает человек. В случае с «умным» светофором это за него делает компьютер. «Умный» светофор следит за трафиком и может подстраиваться под дорожную ситуацию – самостоятельно менять продолжительность красного или зелёного сигналов. 20 Программа дает возможность нескольким светофорам на одной улице действовать синхронно – «разгонять» движение, организовывать «зеленую волну», «растворять» пробки. Такие светофорные объекты самостоятельно мониторят дорожную ситуацию и адаптируются к ней на основании поступающих к ним данных. Схема принципа работы системы «Умный светофор» представлена на рис.1 Рис. 1 Принцип работы системы «Умный светофор». Видеокамера или датчики устанавливаются на определенной высоте и над конкретным участком трассы. Далее, сигнал от нее поступает в модуль обработки видеоинформации. Затем в данном модуле происходит выделение подвижных транспортных средств и определение различных интегральных оценок. После этого, на основе этих показаний, центральный сервер дает команду контроллерам светофоров включить красный или зеленый свет и на какое время. Системы видеоконтроля, ориентированные на транспорт, предоставляют данные трех типов: 21 Во-первых, это информация о трафике для статистической обработки: общее количество обнаруженных автомобилей, скорость, ускорение транспортного потока, плотность потока, загруженность полос движения, классификация автомобилей. Во-вторых, информация о происшествиях на дороге: высокая скорость, плотность потока или занятость полос, наличие заторов или движения по встречной полосе, остановившиеся или медленно движущиеся автомобили, наличие на дороге подозрительных предметов . В-третьих, информация о наличии или отсутствии автомобилей: наличие приближающихся автомобилей, наличие автомобилей, остановившихся на перекрестке, число автомобилей, проехавших через зоны обнаружения, измерение длины очереди. Система интегрируется в модуль управления светофорами, что позволяет согласовать работу абсолютно всех светофоров перекрестка в каком-либо напряженном транспортном узле. Например, на перекрестке, где установлен стандартный светофор, пешеходу предоставляется одно и то же время на переход дороги. Время не зависит от того, едет ли по ней в данный момент один автомобиль или несколько десятков. Благодаря контролируется и системе меняется «умный в светофор», зависимости от данное время загруженности. 6 Или предположим, в одном из направлений есть высокая загруженность, то именно там и продлевается зеленый свет, что ведет к сокращению времени пребывания машин на перекрестках. Другими словами, процессор «умного светофора» получает информацию о потоке машин с видеокамер. После этого, обрабатывает её. Затем в соответствии с этим по установленному алгоритму принимает решение, в каком направлении и насколько открывать движение. Таким образом, вероятность образования большой пробки, в каком либо направлении существенно снижается. 22 2.3 Положительные стороны системы Умный « светофор 1. Светодиоды более яркие, чем устаревшие лампы, долговечны: гарантированные десять лет экономно расходуют энергию, отличаются даже внешне — они плоские. А главный плюс — в новых светофорах нет так называемого фантом-эффекта, когда при ярком солнечном освещении кажется, что горят все три секции или, напротив, все одновременно потухли. 2. Система способна предсказывать транспортную ситуацию на 15-30 минут вперед и заранее выработать эффективный план управления трафиком. При возникновении ДТП на перекрестках, данный план автоматически корректируется. 3. В зависимости от типов датчиков, система может учитывать приоритет общественного транспорта, экстренных служб и «спецсопровождения» перед остальными участниками движения. В случае сбоя светофоры переключаются в автономный режим работы, и перекрестки начинают регулироваться традиционным способом. Это позволяет избежать транспортного коллапса при возникновении внештатных ситуаций. 4. Неблагоприятные погодные условия тоже не будут являться помехой для их работы 2.4 Отрицательные стороны использования системы «Умный светофор» 1. Не смогут полностью решить проблему пробок. Система «Умный светофор» способна лишь максимально увеличить производительность перекрестка. При этом городским властям все равно придется расширять дороги и строить сложные транспортные развязки. По подсчетам аналитиков, одна городская полоса в среднем способна обслужить не более 1800 автомобилей в час. И это при условии, что транспортные средства не останавливаются на перекрестках и не сталкиваются с 23 такими препятствиями, как сужение дороги, неудовлетворительное качество дорожного полотна и др. Поскольку количество автомобилей в нашей стране неуклонно растет, то очевидно, что даже при максимальной производительности перекрестков, пробки в крупных мегаполисах будут расти, если заниматься только внедрением систем «Умный светофор» и не решать остальные дорожные проблемы. 2. Стоимость диодного «умного» светофора в 5 раз дороже обычного лампового. 2.5 Сборка контроллера светофора. Составные части ● - плата микроконтроллера Arduino Uno ● - два ультразвуковых датчика HC-SR04 ● - две макетные платы ● - по паре красных, жёлтых и зелёных светодиодов 24 ● - соединительные провода 14 шт. ● - резисторы 12 х 220 Ом 2.6 Схема управления светофором Два ультразвуковых датчика соединены с Arduino. Аrduino считывает данные с этих датчиков и рассчитает расстояние. Этот датчик может измерять расстояние от 2 до 400 см. Ультразвуковой датчик излучает ультразвуковую волну и отраженное от объекта эхо принимается датчиком. Чтобы генерировать волну, нам нужно будет установить триггер на 10 мкс, который отправит звуковой импульс с 8 циклами на частоте 40 кГц, который посылается в сторону объекта, и после отражения сигнала возникает эхо. Затем эхо скажет нам время, когда волна пришла обратно к датчику (микросекунды). Затем мы преобразуем это время в пройденное расстояние, используя формулу S = V * T. Светодиоды подключены к Arduino через резисторы 220 Ом. Необходимо использовать резистор со светодиодом. Резистор ограничивает ток, протекающий через светодиод. Если вы не будете использовать его, светодиод сгорит. Вы можете использовать резистор 25 от 100 Ом до 10 кОм со светодиодом. Чем больше значение сопротивления, тем меньше будет проходить ток. С помощью программы Fritzing была создана электрическая схема контроллера светофора. Fritzing – уникальное программное обеспечение от University of Applied Sciences Potsdam для перевода прототипа в физическую модель. Приложение представляет собой утилиту с открытым исходным 10 кодом, облегчающую процесс работы специалистов разного уровня (художников, инженеров, дизайнеров и т.д.). Программа позволяет создавать модели печатной платы и превращать их в реальные PCB (англ. printed circuit board — печатная плата). Удобные инструменты прототипирования призваны максимально облегчить превращение идеи в цифровой проект. Основное окно Fritzing – это рабочий стол с возможностью проектирования платы. Чтобы создать макет, достаточно выбрать желаемое расположение нужных микросхем и способы их соединения с платой. Интерфейс Fritzing представлен на рис. 2. Рис. 2 Интерфейс Fritzing 26 Рис.3 Схема электрической цепи светофора На компьютер была установлена программа Arduino IDE, которая позволяет написать код на языке программирования C++. Плата микроконтроллера Arduino прошивается данным кодом и простые железки становятся способными на многие удивительные вещи. Используя программную среду Arduino IDE, можно, основываясь лишь на знаниях C++, решать самые разные творческие задачи, связанные с программированием и моделированием. В Arduino IDE многие скетчи работают с библиотеками, в которых уже есть большая часть кода, который не нужно будет писать. Прежде всего, мы включили библиотеку timerone. Эта библиотека используется для повторного измерения периода времени в микросекундах, и в конце каждого периода будет вызываться функция прерывания. Мы использовали эту библиотеку, потому что мы хотим считывать сигналы с датчиков и управлять светодиодами одновременно. Библиотека позволит нам вызывать функцию, в которой мы будем непрерывно считывать данные с датчиков, а в функции цикла мы будем управлять сигналами светофора. 27 В функции setup мы использовали функцию Timer1.initialize (микросекунды). Эта функция должна быть вызвана, прежде чем использовать любой из других методов библиотеки timerone. «Микросекунды» — это период времени, который занимает таймер. Здесь можно указать период таймера. Период по умолчанию составляет 1 секунду. Timer1.attachInterrupt (softInterr) вызывает функцию каждый раз, когда заканчивается период таймера. Мы установили период таймера на 100000, поэтому наша функция будет вызываться через 100 миллисекунд. В функции цикла проверяется, есть ли какие-либо транспортные средства под расстоянием 5 см или нет. Если будет автомобиль, то будет вызвана функция для включения разрешающего сигнала в данном направлении. Softinterr () — это функция прерывания, которая будет вызываться через каждые 100 миллисекунд. В этой функции мы считали с ультразвуковых датчиков и рассчитали расстояние. При постоянном наличии трафика система работает в обычном состоянии. Если на одной из полос есть трафик - на другой нет, система переключает приоритетный свет. Код программы представлен в приложении. 2.7 Заключение Ситуация на дорогах, особенно в крупных мегаполисах, крайне напряжённая: помимо других факторов постоянно возникают пробки. Из-за этого в атмосферу выбрасывается больше химических соединений, люди теряют массу времени на простои, уходит много денежных средств на топливо. Иногда дело доходит до нервных конфликтов. 28 Используя разные продвинутые технологии, разрабатываются специальные элементы, направленные на улучшение дорог. В результате использования таких элементов, мы получаем так называемые «умные дороги». Система «умный» светофор может дать некоторые улучшения. Полностью устранить проблемы пробок она не сможет, но сможет достаточно хорошо выполнять свои функции. Современные системы постоянно улучшаются, создаются новые и новые. В совокупности этих систем можно получить очень удовлетворительный результат. Значит, можно считать, что нами был создан небесполезный компонент системы «умный город», и вместе с другими элементами он может действительно помочь современным проблемам на дорогах.