Система динамического управления групповым позиционированием объектов «Кинетический дождь»

Юдин, Андрей Игоревич Отделение автоматизации и робототехники (ОАР)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Работа посвящена разработке системы управления групповым позиционированием объектов, формирующих инсталляции в двух- трехмерном пространстве. В работе представлено математическое моделирование процесса создания 3D-инсталляции “Кинетический дождь” посредством перемещения группы объектов, а также сформированы основные требования к системе управления, на основе которых предложена концепция системы управления; разработаны основные компоненты системы и подобраны интерфейсы связи для их взаимодействия.

Введение ……………………………………………………………………………………………………… 15
1 Разработка концепции системы ………………………………………………………………… 17
1.1 Интерфейсы передачи данных между узлами системы ………………………… 19
1.1.1 Обмен данными между исполнительными устройствами и сервером
управления …………………………………………………………………………………………. 19
1.1.2 Обмен данными между ПК и сервером управления ……………………. 20
1.2 Структурная схема системы ……………………………………………………………….. 20
1.3 Аналитическая модель движения “капель” ………………………………………….. 21
1.4 Вывод по главе 1 ………………………………………………………………………………… 33
2 Проектирование основных узлов системы ………………………………………………… 34
2.1 Исполнительное устройство ……………………………………………………………….. 34
2.1.1 Двигатель для перемещения “капли” …………………………………………. 34
2.1.1.1 Шаговый двигатель ………………………………………………………… 36
2.1.1.2 Режимы работы шагового двигателя ……………………………….. 40
2.1.1.3 Подключение шагового двигателя…………………………………… 41
2.1.2 Датчик конечного положения “капли” ……………………………………….. 43
2.1.2.1 Методика определения конечных положений ………………….. 43
2.1.3 Сетевой адаптер ………………………………………………………………………… 47
2.1.4 RGB-светодиод………………………………………………………………………….. 48
2.1.5 Выбор микроконтроллера ………………………………………………………….. 49
2.1.6 Структурная схема макета исполнительного устройства…………….. 50
2.1.7 Разработка печатной платы исполнительного устройства …………… 52
2.2 Сервер управления ……………………………………………………………………………… 54
2.3 Адаптер USB – RS-232 ……………………………………………………………………….. 54
2.4 Выбор микроконтроллера …………………………………………………………………… 55
2.5 Структурная схема макета сервера управления …………………………………… 56
2.6 Разработка печатной платы сервера управления ………………………………….. 58
2.7 Вывод по главе 2 ………………………………………………………………………………… 59
3 Разработка программного обеспечения устройств системы ………………………. 60
3.1 Описание логики работы исполнительного устройства ……………………….. 60
3.1.1 Управление двигателем ……………………………………………………………… 60
3.1.2 Протокол обмена данными между исполнительным устройством и
сервером управления ………………………………………………………………………….. 62
3.2 Описание логики работы сервера управления ……………………………………… 66
3.2.1 Передача и прием данных в режиме реального времени …………….. 66
3.2.2 Протокол обмена данными между сервером управления и
генератором поверхности ……………………………………………………………………. 68
3.3 Управление RGB-светодиодами ………………………………………………………….. 69
3.4 Встроенный загрузчик ………………………………………………………………………… 71
3.5 Алгоритм самодиагностики ………………………………………………………………… 74
3.5.1 Диагностика исполнительного устройства …………………………………. 74
3.5.2 Диагностика сервера управления ……………………………………………….. 75
3.6 Проверка полученных алгоритмов на макете системы…………………………. 76
3.7 Вывод по главе 3 ………………………………………………………………………………… 77
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение …… 78
4.1 Организация и планирование работ …………………………………………………….. 78
4.2 Продолжительность этапов работ ……………………………………………………….. 80
4.3 Расчет сметы затрат на выполнение проекта ……………………………………….. 82
4.3.1 Расчет затрат на материалы ……………………………………………………….. 83
4.3.2 Расчет заработной платы……………………………………………………………. 84
4.3.3 Расчет затрат на социальный налог ……………………………………………. 85
4.3.4 Расчет затрат на электроэнергию ……………………………………………….. 85
4.3.5 Расчет амортизационных расходов …………………………………………….. 86
4.3.6 Расчет прочих расходов …………………………………………………………….. 87
4.3.7 Расчет общей себестоимости разработки ……………………………………. 88
4.3.8 Расчет прибыли …………………………………………………………………………. 88
4.3.9 Расчет НДС ……………………………………………………………………………….. 88
4.3.10 Цена разработки НИР ……………………………………………………………….. 88
4.4 Оценка экономической эффективности проекта ………………………………….. 89
5 Социальная ответственность ……………………………………………………………………. 91
5.1 Аннотация ………………………………………………………………………………………….. 91
5.2 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ……… 92
5.2.1 Специальные (характерные для проектируемой рабочей зоны)
правовые нормы трудового законодательства ……………………………………… 92
5.2.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны
исследователя …………………………………………………………………………………….. 94
5.3 Профессиональная социальная безопасность ………………………………………. 96
5.3.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые может создать
объект исследования …………………………………………………………………………… 97
5.3.2 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть
при проведении исследования …………………………………………………………….. 97
5.3.2.1 Микроклимат………………………………………………………………….. 97
5.3.2.2 Шум ……………………………………………………………………………….. 98
5.3.2.3 Освещенность…………………………………………………………………. 99
5.3.2.4 Электромагнитные излучения ……………………………………….. 102
5.3.2.5 Электрический ток………………………………………………………… 103
5.4 Экологическая безопасность……………………………………………………………… 105
5.4.1 Анализ влияния объекта на окружающую среду ………………………. 105
5.4.2 Анализ “жизненного цикла” объекта исследования ………………….. 105
5.4.3 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды от
воздействий объекта исследования ……………………………………………………. 106
5.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях…………………………………………… 107
5.5.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследования ……………………………………………………………………………………. 107
5.5.2 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть при исследовании
объекта …………………………………………………………………………………………….. 108
5.5.3 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС …………………………………… 109
Заключение ……………………………………………………………………………………………….. 111
Список использованных источников ………………………………………………………….. 112
Приложение А (обязательное) Листинг скрипта, который демонстрирует работу
системы с одним объектом …………………………………………………………………………. 117
Приложение Б (обязательное) Листинг скрипта, который демонстрирует работу
системы с множеством объектов ………………………………………………………………… 119
Приложение В (обязательное) Листинг скрипта, формирующего полный набор
данных для системы …………………………………………………………………………………… 121
Приложение Г (обязательное) График реализации проекта …………………………. 123
Приложение Д (обязательное) System concept development …………………………. 124

“Кинетический дождь” – движущаяся скульптура, расположенная в син-
гапурском аэропорту Чанги.
Система состоит из двух отдельных сегментов, установленных на рас-
стоянии нескольких метров друг от друга и состоящих из заданного количества
“капель дождя”. Двигатели с контроллерным управлением перемещают каждую
“каплю” вверх и вниз, создавая сложные движущиеся формы [1].
В настоящее время данная система, помимо аэропорта в Сингапуре, в
основном представляется только в виде образца новой технологии на всевоз-
можных выставках и конференциях.
Целью данной работы является разработка системы управления группо-
вым позиционированием объектов, формирующих инсталляции в двух- трех-
мерном пространстве, работающей на принципах, схожих с принципами “Кине-
тического дождя”.
Разрабатываемая система предназначена для популяризации технологий
в массах людей через призму развлечений в различных местах массового скоп-
ления людей. Она может использоваться в качестве инструмента привлечения
клиентов в торговые центры, а также для визуального сопровождения различ-
ных представлений и шоу.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
 сформировать основные требования и разработать концепцию систе-
мы;
 подобрать математический пакет для формирования необходимых
данных об отображаемой форме;
 описать математическую модель движения “капель”;
 реализовать обмен информацией между математическим пакетом и
сервером управления;
 подобрать интерфейс передачи данных для формирования локальной
сети из сервера управления и исполнительных устройств;
 подобрать необходимые элементы и разработать структурные схемы
исполнительного устройства и сервера управления;
 осуществить сборку макета системы и проверить логику её работы.

В данной выпускной квалификационной работе была спроектирована
система управления групповым позиционированием объектов, формирующих
инсталляции в двух- трехмерном пространстве. В процессе проектирования был
произведен обоснованный подбор элементов основных узлов устройства, а
также интерфейсы передачи данных между этими узлами.
Также было получено аналитическое описание движения объектов сис-
темы и проведено моделирование процесса формирования инсталляции, в ходе
которого была получена двумерная инсталляция визуально схожая с заданным
уравнением движения.
Кроме того, была произведена макетная сборка системы, в состав кото-
рой входят сервер управления и одно исполнительное устройство. На базе соб-
ранного макета системы была проведена проверка приведенных в данной рабо-
те алгоритмов, формирующих логику работы основных узлов системы. По ре-
зультатам исследования разработанные алгоритмы были признаны работоспо-
собными, однако необходимо тиражирование алгоритмов для системы с боль-
шим количеством объектов и с использованием устройств, собранных на осно-
ве разработанных печатных плат.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Петр П. кандидат наук
    4.2 (25 отзывов)
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт напис... Читать все
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт написания магистерских диссертаций. Направление - связь, телекоммуникации, информационная безопасность, информационные технологии, экономика. Пишу научные статьи уровня ВАК и РИНЦ. Работаю техническим директором интернет-провайдера, имею опыт работы ведущим сотрудником отдела информационной безопасности филиала одного из крупнейших банков. Образование - высшее профессиональное (в 2006 году окончил военную Академию связи в г. Санкт-Петербурге), послевузовское профессиональное (в 2018 году окончил аспирантуру Уральского федерального университета). Защитил диссертацию на соискание степени "кандидат технических наук" в 2020 году. В качестве хобби преподаю. Дисциплины - сети ЭВМ и телекоммуникации, информационная безопасность объектов критической информационной инфраструктуры.
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Шагали Е. УрГЭУ 2007, Экономика, преподаватель
    4.4 (59 отзывов)
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и... Читать все
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и диссертаций, Есть любимые темы - они дешевле обойдутся, ибо в радость)
    #Кандидатские #Магистерские
    76 Выполненных работ
    Анна В. Инжэкон, студент, кандидат наук
    5 (21 отзыв)
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссе... Читать все
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссертаций. Работала в маркетинге. Практикующий бизнес-консультант.
    #Кандидатские #Магистерские
    31 Выполненная работа
    Татьяна Б.
    4.6 (92 отзыва)
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские ди... Читать все
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские диссертации, курсовые работы средний балл - 4,5). Всегда на связи!
    #Кандидатские #Магистерские
    138 Выполненных работ
    Вирсавия А. медицинский 1981, стоматологический, преподаватель, канди...
    4.5 (9 отзывов)
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - ... Читать все
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - медицина, биология, антропология, биогидродинамика
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Ольга Р. доктор, профессор
    4.2 (13 отзывов)
    Преподаватель ВУЗа, опыт выполнения студенческих работ на заказ (от рефератов до диссертаций): 20 лет. Образование высшее . Все заказы выполняются в заранее согласован... Читать все
    Преподаватель ВУЗа, опыт выполнения студенческих работ на заказ (от рефератов до диссертаций): 20 лет. Образование высшее . Все заказы выполняются в заранее согласованные сроки и при необходимости дорабатываются по рекомендациям научного руководителя (преподавателя). Буду рада плодотворному и взаимовыгодному сотрудничеству!!! К каждой работе подхожу индивидуально! Всегда готова по любому вопросу договориться с заказчиком! Все работы проверяю на антиплагиат.ру по умолчанию, если в заказе не стоит иное и если это заранее не обговорено!!!
    #Кандидатские #Магистерские
    21 Выполненная работа
    Олег Н. Томский политехнический университет 2000, Инженерно-эконо...
    4.7 (96 отзывов)
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Явл... Читать все
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Являюсь действующим преподавателем одного из ВУЗов.
    #Кандидатские #Магистерские
    177 Выполненных работ
    Дарья С. Томский государственный университет 2010, Юридический, в...
    4.8 (13 отзывов)
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссерт... Читать все
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссертационное исследование, которое сейчас находится на рассмотрении в совете.
    #Кандидатские #Магистерские
    18 Выполненных работ
    Виктор В. Смоленская государственная медицинская академия 1997, Леч...
    4.7 (46 отзывов)
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выв... Читать все
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выводы).Пишу статьи в РИНЦ, ВАК.Оформление патентов от идеи до регистрации.
    #Кандидатские #Магистерские
    100 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Псевдолинейный регулятор для управления объектом второго порядка
    📅 2020год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Менеджер онлайн в Telegram Написать