Разработка элементов информационно-измерительной системы

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Целью курсового проекта является изучение принципов сбора и
обработки информации с измерительных приборов.
Задание на теоретическую часть:
 Кратко опишите, что собой представляют и чем отличаются дискретные
и аналоговые сигналы.
 Кратко опишите, что собой представляют аналого-цифровые и цифро-
аналоговые преобразователи, какие их основные характеристики нужно
использовать при выборе.
 Опишите, с какой целью выполняется аналого-цифровое преобразование
сигналов в системах, управляемых цифровыми контроллерами и почему
оно необходимо.
 Опишите, с какой целью в измерительных приборах и преобразователях
выполняется преобразование значений измеренных физических величин
в унифицированных выходной сигнал.

Задание на практическую часть:
Вам требуется разработать элементы информационно-измерительной
системы для робота-манипулятора, которая собирает информацию о
параметрах его работы и окружающем пространстве.
Робот находится рядом с двумя транспортерными лентами, по которым
перемещаются детали 1 и 2 типов разной высоты. Робот предназначен для
сортировки деталей в зависимости от их высоты. Расстояние до высоких
деталей определяется с помощью двух цифровых датчиков, сигнал которых
можно перевести в расстояние в сантиметрах, детали малой высоты
игнорируются. Выходным сигналом датчиков является напряжение в диапазоне
0-5 В. При значениях измеренного расстояния менее l 1 и l 2 робот автоматически
скидывает приблизившиеся детали в соответствующие приемники.

4

Питание робота осуществляется от источника постоянного тока
небольшого номинала (12-24 В).
Угол поворота робота относительно вертикальной оси в диапазоне от К 1 до
K 2 градусов измеряется с помощью переменного резистора с тремя выводами
(рис. 1), ось которого совмещена с осью вращения робота, а крайние положения
соответствуют крайним возможным углам поворота робота.

Рисунок 1 – Пример переменного резистора с тремя выводами

Дополнительно измеряется один из параметров окружающей среды (по
вариантам).
В качестве основы информационно-измерительной системы используется
контроллер, который позволяет принимать и подавать сигналы дискретные
сигналы 0-5 В, а также считывать аналоговые сигналы в том же диапазоне за
счет встроенного АЦП.
Система должна собирать информацию о расстоянии до деталей типов 1 и
2 на транспортерной ленте, напряжении питания робота, угле поворота
относительно оси и об окружающей среде, обрабатывать её (например,
подсчитывать количество уже сброшенных деталей каждого типа), а также
выводить информацию для оператора с помощью дисплея и сигнальных
устройств и передавать всю информацию на ПК оператора через
последовательный интерфейс.

5

В таблице 1 приведено распределение вариантов, в том числе указано,
какие параметры дополнительно должны быть определены и в каком виде
информация должна представляться.
Выполните следующее:
1) Опишите, можно ли с описанных датчиков расстояния передавать
информацию на контроллер, как следует выполнять их подключение и
требуются ли для этого дополнительные преобразователи. Найдите
информацию о датчиках HC-SR04 и на основании её и описания своего
варианта дайте оценку абсолютной и относительной погрешности
измерения расстояния датчиками.
2) Опишите, как можно измерить напряжение питания. Для этого нужно
ответить на следующие вопросы: с помощью каких портов контроллера
можно получить его достаточно точное значение? Попадает ли
напряжение питания в диапазон измерения напряжения портами
контроллера? Можно ли измерять величины, размер которых выходит
за пределы измерения прибора с помощью изменения измерительной
схемы? Можно ли использовать в данном случае делитель напряжения
для расширения диапазона измерения?
3) Рассчитайте параметры делителя напряжения для своего варианта,
который позволит измерять напряжение питания напрямую с помощью
контроллера. Для того, чтобы при моделировании оставить
возможность менять напряжение и мерять его, возьмите запас сверху в
20% относительно указанного в таблице значения. Составьте и
приведите в работе электрическую схему делителя. Какие
математические преобразования уже на контроллере нужно будет
провести, чтобы получить действительное значение напряжения
питания? Оцените погрешность измерений напряжения в Вольтах, зная
разрядность АЦП контроллера (10 бит) и погрешность сопротивления
резистора (5% номинала). Что больше сказывается на точности?

6

4) Опишите, как можно измерять угол поворота робота, включив
переменный резистор в измерительную цепь. Какие порты контроллера
нужно будет использовать? Опишите математические преобразования
для своего варианта, которые нужно будет провести, чтобы получить
угол поворота из напряжения.
5) Для пунктов 1-4 соберите модель или реальную схему (если есть такая
возможность). Реальную схему можно собрать на базе платы Arduino.
Моделирование можно провести с аналогичной платой в разделе
«Цепи» на сервисе Tinkercad ( https://www.tinkercad.com ).
При работе с Arduino потребуется изучить основы синтаксиса языка
Си, ряд его базовых конструкций, а также некоторые функции
Arduino. В том числе могут потребоваться:
 функции pinMode(), digitalWrite(), delay(), millis(), digitalRead(),
analogRead(), analogWrite();
 знания о составе и расположении портов ввода-вывода на плате
Arduino, устройстве макетной платы, работе с монитором
последовательного порта.
 принцип работы потенциометра (переменного резистора);
Модели компонентов, которые потребуются, представлены на рис. 2.
Внизу слева – макетная плата; вверху справа – ультразвуковой датчик
расстояния, под ним ЖК-дисплей. Внизу справа источники питания.
Синий переменный резистор размещен на макетной плате, как и
светодиоды с резисторами. Информацию о принципе работы
компонентов, правилах их подключения, управления ими и обработки
полученных данных можно найти в интернете.

7

Рисунок 2 – Модели электронных компонентов и устройств

6) Добавьте к собранной схеме датчик или другое устройство из своего
варианта (если есть), в тексте опишите принцип его подключения и
обработки сигнала с него.
7) Добавьте к схеме ЖК-дисплей и дополнительную индикацию, которая
указана в варианте (если есть). Если вам не хватает цифровых выводов,
то также можно использовать порты А0-А5, при этом они используются
как цифровые с номерами от 14 до 19.
8) Составьте в виде блок-схемы алгоритм работы системы, который
позволит собирать информацию с датчиков, обрабатывать её и
выводить на дисплей и в монитор последовательного интерфейса, а
также управлять дополнительной индикацией в соответствии со своим
вариантом. Приведите алгоритм в работе. Пример оформления блок-
схемы можно найти ниже.
9) На основании алгоритма разработайте программный код системы.
Протестируйте его работу, приведите подтверждения
работоспособности системы в виде иллюстраций. Информация,

8

выводимая на ЖК-экран, должна быть понятна, т.е. при выводе
напряжения питания стоит писать, например, не «20,4», а «Source
20,4V».
10) В заключении сделайте выводы о работоспособности системы и
соответствии результатов поставленным задачам.

Таблица 1 – Варианты заданий
№ ФИО Напря
жение
питан
ия, В
Углы
повор
ота
робота

Описание варианта

3 Васильев Дмитрий
Сергеевич

15 0-110 Дополнительно используется датчик температуры. Дополнительная
индикация – два светодиода. Система выводит в две строки дисплея
информацию о расстоянии, измеренном каждым датчиком расстояния.
В монитор последовательного интерфейса выводится напряжение
питания, угол поворота робота и средняя температура за последние 5
секунд. Каждый из светодиодов загорается, если показания
соответствующего датчика расстояния меньше порогового значения
(50 и 60 см соответственно). Для наглядности разместить светодиод и
датчик в каждой паре рядом друг с другом.

ВВЕДЕНИЕ

9

Целью курсового проекта является изучение принципов сбора и
обработки информации с измерительных приборов.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
• Кратко описать, что собой представляют и чем отличаются
дискретные и аналоговые сигналы.
• Кратко описать, что собой представляют аналого-цифровые и
цифро-аналоговые преобразователи, какие их основные характеристики нужно
использовать при выборе.
• разработать элементы информационно-измерительной системы для
робота-манипулятора, которая собирает информацию о параметрах его работы
и окружающем пространстве.

10
1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Аналоговые и цифровые сигналы
1.1.1 Аналоговые сигналы
Аналоговым называется такой сигнал, который может быть представлен
непрерывной линией из множества значений, определенных в каждый момент
времени относительно временной оси.
На приведенном ниже рисунке 3 изображен пример подобного рода
аналогового сигнала.

Рисунок 3 – Аналоговый сигнал

Аналоговые величины могу иметь бесконечное множество значений в
определенных пределах. Они непрерывны и их значения не могут изменяться
скачками.
Пример аналогового сигнала: термопара передает в аналоговом виде
значение температуры в программируемый логический контроллер, который
управляет с помощью твердотельного реле температурой в электрической печи
(рисунок 4).

11

Рисунок 4 – Схема с аналоговым датчиком температуры

1.1.2 Дискретные сигналы
Если некий сигнал принимает произвольные значения лишь в отдельные
моменты времени, то такой сигнал называют дискретным. Чаще всего на
практике применяются дискретные сигналы, распределенные по равномерной
временной решетке, шаг которой называется интервалом дискретизации.
Дискретный сигнал принимает определенные не нулевые значения лишь в
моменты дискретизации, то есть он является не непрерывным в отличие от
аналогового сигнала. Если из звукового сигнала вырезать небольшие кусочки
определенного размера через равные интервалы, такой сигнал можно будет
назвать дискретным.
Ниже на рисунке 5 приведен пример формирования подобного
дискретного сигнала с интервалом дискретизации Т. Обратим внимание, что
квантуется лишь интервал дискретизации, но не сами значения сигнала.

12

Рисунок 5 – Дискретный сигнал

Дискретные сигналы имеют два и более фиксированных значений
(количество их значений всегда выражается целыми числами). Пример
простого дискретного сигнала на два значения: срабатывание путевого
выключателя (переключение контактов выключателя в определенном
положении механизма, рисунок 6). Сигнал с путевого выключателя может быть
получен только в двух вариантах – контакт разомкнут (нет действия, нет
напряжения) и контакт замкнут (есть действие, есть напряжение). 

Рисунок 6 – Путевой выключатель

13

1.1.3 Цифровые сигналы
Когда дискретный сигнал принимает только какие-то фиксированные
значения (которые могут быть расположены по сетке с определенным шагом),
такие что они могут быть представлены как количество квантовых величин,
такой дискретный сигнал называется цифровым. То есть цифровой сигнал —
это такой дискретный сигнал, который квантован не только по промежуткам
времени, но и по уровню.
На рисунке 7 приведен пример формирования цифрового сигнала на базе
аналогового. Обратите внимание, что значения цифрового сигнала не могут
принимать промежуточных значений, а только определенные — целое
количество вертикальных шагов сетки.

Рисунок 7 – Цифровой сигнал на примере аналогового

Цифровой сигнал легко записывается и перезаписывается в память
вычислительных устройств, просто считывается и копируется без потери
точности, тогда как перезапись аналогового сигнала всегда сопряжена с
утратой некоторой, пусть и незначительной, части информации.
Обработка цифровых сигналов позволяет получать устройства с очень
высокими характеристиками благодаря выполнению вычислительных операций
совершенно без потерь качества, либо с пренебрежимо малыми потерями.

14

В силу этих достоинств, именно цифровые сигналы повсеместно
распространены сегодня в системах хранения и обработки данных. Вся
современная память — цифровая. Аналоговые носители информации (такие как
пленочные кассеты и т.д.) давно ушли в прошлое.
Аналоговый и цифровой приборы для измерения напряжения изображены
на рисунке 8.

Рисунок 8 – Аналоговый и цифровой приборы для измерения напряжения

Но даже у цифровых сигналов есть свои недостатки. Их невозможно
передать напрямую как есть, ибо передача обычно реализуется посредством
непрерывных электромагнитных волн. Поэтому при передаче и приеме
цифровых сигналов необходимо прибегать к дополнительной модуляции и
аналого-цифровому преобразованию. Меньший динамический диапазон
цифровых сигналов (отношение наибольшего значения к наименьшему),
обусловленный квантованностью значений по сетке, является еще одним их
недостатком.
Существуют и такие области, где аналоговые сигналы незаменимы.
Например, аналоговый звук никогда не сравнится с цифровым, поэтому
ламповые усилители и пластинки до сих пор не выходят из моды, несмотря на

15

обилие цифровых форматов записи звука с самой высокой частотой
дискретизации.

1.2 Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи
1.2.1 Аналого-цифровой преобразователь
Аналого-цифровой преобразователь – это устройстве, в котором
осуществляются дискретизация и квантование и которое преобразует входной
аналоговый сигнал в цифровой сигнал. Цифровой сигнал на выходе АЦП
представлен, как правило, сигналами на шине данных.
На практике используется большое число различных типов AЦП,
выполненных по разным схемам. Рассмотрим электрическая схему
параллельного АЦП, часто используемого на практике (рисунок 9).

Рисунок 9 – Схема параллельного АЦП

С помощью одинаковых резисторов R 1 , R 2  …R N  создаются уровни
квантования с шагом квантования, равным падению напряжения на одном
резисторе. Шаг и уровни квантования зависят от значения опорного
стабилизированного напряжения Е 0 .
Основная часть схемы АЦП – операционные усилители с резисторами и
диодами. Эти усилители работают в качестве компараторов – устройств
сравнения уровней двух сигналов.

16

Если напряжение входного сигнала на неинвертирующем входе
превышает опорное напряжение на инвертирующем входе, то на выходе ОУ
возникает большое поло жительное напряжение, которое с помощью
добавочного резистора и стабилитрона преобразуется в логическую единицу.
Если входной сигнал s(t) меньше опорного напряжения на
инвертирующем входе, то на выходе операционного усилителя возникает
отрицательное напряжение, которое с помощью открывающихся диодов Dl, D2,
…, DN уменьшается практически до нуля и, тем самым, преобразуется в
логический нуль.
Если входное напряжение s(t) равно нулю, то на выходах компараторов
формируются логические нули. При плавном увеличении уровня входного
сигнала компараторы будут последовательно, начиная с нижнего (см. рисунок
9), срабатывать, выдавая на выходах логические единицы.
Шифратор CD осуществляет преобразование кода, поступающего с
компараторов, в двоичный код шины данных Д. На шифратор АЦП поступает
синхросигнал, и изменения на шине данных происходят только при появлении
синхроимпульса. Частота синхросигнала в этом случае будет задавать частоту
дискретизации.
При быстрых изменениях входного сигнала и при наличии временных
задержек в операционных усилителях и других элементах схемы могут
возникать сбои в работе АЦП, обусловленные появлением синхросигнала в
момент изменения уровней на входах шифратора. На выходе АЦП в этом
случае появляется неправильный код. Для устранения этого явления на входе
АЦП включают дополнительное устройство выборки-хранения (рисунок 10).

Рисунок 10 – Устройство выборки-хранения 

17

Устройство (рисунок 10) включает электронный ключ на полевом
транзисторе и накопительный конденсатор С ХР . При подаче короткого
положительного импульса на затвор транзистора он открывается (ключ
замкнут), и напряжение на конденсаторе становится равным входному (режим
выборки). После окончания действия импульса полевой транзистор
закрывается, и напряжение на конденсаторе сохраняется неизменным (режим
хранения). В этот отрезок времени напряжение y(t) поступает на схемы
сравнения и после преобразования в виде логических уровней – на вход
шифратора АЦП. Синхросигнал на шифратор подается после того, как на
входах шифратора устанавливается соответствующая комбинация логических
уровней.
1.2.2 Цифро-аналоговый преобразователь
Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) – это устройство,
преобразующее последовательность входных кодов в соответствующий
непрерывный выходной сигнал.
Большинство ЦАП строятся с использованием цепочки R-2R.
Электрическая схема цепочки приведена на рисунке 11.

Рисунок 11 – Цепочка R-2R

На входе цепочки подключается источник опорного напряжения.
Несложный анализ схемы показывает, что напряжения в узлах цепочки a, b,
m отличаются друг от друга в два раза. Например, напряжение в
точке а равно Е 0  /2, так как сопротивление всех элементов цепочки,
включенных между этим узлом и корпусом, равно R. Учитывая, что
сопротивление между узлом а и клеммой опорного источника тоже равно R,
получим резистивный делитель напряжения два раза. Аналогично

18

доказывается, что напряжение в точке b равно Е 0  /4 и т.д. Чем дальше от
источника расположены узлы в цепочке, тем меньше напряжение на них.

Рисунок 12 – Сигнал на выходе трехразрядного ЦАП

Сигнал на выходе трехразрядного ЦАП имеет вид (рисунок 12). На вход
ЦАП последовательно подаются следующие коды: 000,001,011, 010, 101, 001,
000. Выходное напряжение ЦАП имеет ступенчатый вид. Для уменьшения
ступенек на выходе ЦАП обычно устанавливают фильтр низких частот.
Для высокоточной цифровой обработки сигналов в измерительной
технике используются АЦП с большим числом уровней квантования. Такие
АЦП трудно изготовить, используя параллельную схему, так как потребуется
очень большое число компараторов. Например, для десятиразрядного АЦП
потребуется более 1000 компараторов. В этом случае используются АЦП,
выполненные по схеме поразрядного уравновешивания (рисунок 13). Входной
сигнал в этой схеме подается на неинвертирующий вход компаратора К. На
другой вход компаратора, для сравнения, подается опорный сигнал с ЦАП.

19

Рисунок 13 – Схема поразрядного уравновешивания 
Блок управления БУ вырабатывает двоичный выходной код у 0 , y 1 , …,у Р-1 ,
поступающий на вход ЦАП. Суть поразрядного уравновешивания заключается
в следующем.
В начале цикла преобразования блок управления вырабатывает на выходе
единицу только в старшем разряде. Этот код поступает на ЦАП, и на выходе
ЦАП возникает напряжение, равное примерно половине максимально-
допустимого входного напряжения. Если входное напряжение больше этого
одного напряжения, то компаратор вырабатывает импульс, который поступает
в блок управления БУ, и единица в старшем разряде фиксируется. Если входное
напряжение меньше опорного, то единица в старшем разряде сбрасывается.
На втором этапе преобразования единица устанавливается в следующем
разряде у Р-2 , и проводится сравнение входного напряжения с новым опорным
напряжением, в результате которого фиксируется или сбрасывается единица в
разряде у Р-2 .
Процесс сравнения продолжается до тех пор, пока не установятся
все р разрядов на выходе блока управления. Очевидно, что АЦП с поразрядным
уравновешиванием при прочих равных условиях работает примерно
в р медленнее по сравнению с параллельным АЦП.
Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи
устанавливаются на входе и выходе устройства цифровой обработки сигналов.
Центральное место в таких устройствах занимает ЭВМ и алгоритмы ее работы.

1.3 Аналого-цифровое преобразование сигналов в системах, управляемых
цифровыми контроллерами
В общем случае аналогово-цифровым преобразованием называется
процесс перевода физической величины в цифровое значение. Цифровым
значением является набор единиц и нолей воспринятых обрабатывающим
устройством.

20

Такое преобразование нужно для взаимодействия цифровой техники с
окружающей средой.
Так как аналоговый электрический сигнал повторяет своей формой
входной сигнал, он не может быть записан в цифровом виде «так как есть»
поскольку он имеет бесконечное число значений.
Основным примером необходимости преобразования аналоговой
величины в цифровую, является её измерение: электронные термометры,
вольтметры, амперметры и прочие измерительные приборы взаимодействую с
аналоговыми величинами.
Для того, чтобы цифровой контроллер мог выполнить обработку сигнала
с аналогового датчика как раз и необходимо выполнить преобразование
сигнала из аналоговой формы в цифровую.

1.4 Преобразование в унифицированный сигнал
По виду выходных сигналов различают измерительные преобразователи
с естественным и унифицированным выходными сигналами. Первые
представляют собой устройства, в которых осуществляется первичное
(обычно однократное) преобразование измеряемой физической величины.
Естественное формирование сигнала здесь обеспечивается методом
преобразования и конструкцией ИП. Такие преобразователи чаще всего
применяют в устройствах прямого регулирования либо при централизованном
контроле сравнительно простых объектов. В ГСП приняты десять типов
естественных выходных сигналов (рисунок 14).

21

Рисунок 14 – Виды сигналов измерительных преобразователей
При создании относительно сложных систем с использованием ЭВМ и
необходимости передачи сигналов на большие расстояния применяют
преобразователи естественных сигналов в унифицированные. Для этих целей
разрабатываются специальные нормирующие преобразователи, параметры
выходных сигналов которых приведены на рисунке 14.

22
2 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1
2
2.1 Принципы измерения физических величин в системе
По условиям задания в информационно-измерительной системе для
робота-манипулятора расстояние до высоких деталей определяется с помощью
двух цифровых датчиков, выходным сигналом которых является напряжение в
диапазоне 0-5 В. Данные датчики (HC-SR04) подключаются напрямую к
контактам контроллера Arduino, который способен считывать аналоговые
сигналы в диапазоне 0-5 В за счет встроенного АЦП. Соответственно,
дополнительные преобразователи не требуются.
Абсолютная погрешность датчика HC-SR04 равна 3мм или 0,3 см.
Так как диапазон данного датчика — от 2 до 400 см, то максимальная
относительная погрешность равна 15%, минимальная – 0,075 %.
Для того, чтобы измерить напряжения питания необходимо подключить
источник к портам аналогового ввода. Напряжение питания для варианта 2
равно 13,5 В. В диапазон измерения напряжения портами контроллера оно не
попадает, поэтому необходимо изменить измерительную схему, включив в нее
делитель напряжения для расширения данного диапазона.
Рассчитаем параметры делителя напряжения для варианта 2 (13,5 В).
Общее сопротивление возьмем 200 Ом.
Uin = 15 + 20% = 18 (В);
Uout = 5 В;
Rобщ = 200 Ом;
R2 = (Uout * Rобщ) / Uin = (5 * 200) / 18 = 55,6 (Ом)
R1 = Rобщ – R2 = 200 – 55,6 = 144,5(Ом)
Электрическая схема делителя представлена на рисунке 15.

23

Рисунок 15 – Электрическая схема делителя

Для того, чтобы вывести на монитор последовательного интерфейса
контроллера действительное значение напряжения питания, прописываем
следующий код:
int u;
void setup()
{
pinMode(11, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
float u = analogRead(A0)* (16.2/1024);

24

Serial.println (u);
delay (200);
}
Оценим погрешность измерений напряжения в Вольтах (разрядность
АЦП контроллера (10 бит) и погрешность сопротивления резистора (5%
номинала).
Δацп = 18 / 1024 = 0,017 В;
Δдн = Iдн * ΔRобщ = (Uвх / Rобщ) * (Rобщ * 0,05) = (15 / 200) * (200*0,05) =
18 * 0,05 = 0,9 В
Δобщ = 0,017 + 0,9 = 0,917
Из расчетов видно, что погрешность делителя напряжения больше
сказывается на точности измерений.
Для измерения угла поворота робота включим переменный резистор в
измерительную цепь, задействовав порты 5V, GND.
Для того, чтобы получить угол поворота из напряжения, добавляем в код
программы следующие строки:
int y;
…
float y = analogRead(A1)* (100.0/1024);
Serial.println (y)
Соберем модель в разделе «Цепи» на сервисе Tinkercad
( https://www.tinkercad.com ).
Добавим в схему дополнительные элементы, ЖК-дисплей и дополним код
программы в соответствии с формулировкой задания: «Дополнительно
используется кнопка. Дополнительная индикация – светодиод. Система
выводит в две строки дисплея информацию о расстоянии, измеренном каждым

25

датчиком расстояния. В монитор последовательного интерфейса выводится
измеренное напряжение питания. При нажатой кнопке на экран вместо
расстояния выводятся напряжение питания и угол поворота робота Светодиод
загорается, если робот переходит в крайние положения (0-25 и 75-100
градусов)».
2.2 Разработка алгоритма работы системы
Разработанный алгоритм представлен на рисунке 16.

26
Начало

Инициализа
ция системы

Опрос датчиков

Прошло 5с?

Выводим
расстояние

Расст1<50см

Зажечь 1
светодиод

Расст2<60см

Зажечь 2
светодиод

нет

Команда
отключения?

нет

нет

Конец

…

Рисунок 16 – Пример оформления алгоритма

27

2.3 Разработка программного кода и тестирование работы системы.
Код получившейся программы представлен ниже:
#include <LiquidCrystal.h>
#define PIN_TRIG 12
#define PIN_ECHO 11
long duration, cm;
void setup() {
// Инициализируем взаимодействие по последовательному порту
Serial.begin (9600);
//Определяем вводы и выводы
pinMode(PIN_TRIG, OUTPUT);
pinMode(PIN_ECHO, INPUT);
}
void setup()
{
pinMode(11, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
pinMode(trigPin1, OUTPUT);
pinMode(echoPin1, INPUT);
pinMode(trigPin2, OUTPUT);
pinMode(echoPin2, INPUT);
pinMode (button, INPUT);
pinMode(led, OUTPUT);
// инициализируем датчик
sensors.begin();
lcd.begin(16, 2);
}
void loop() {
// Сначала генерируем короткий импульс длительностью 2-5 микросекунд.
digitalWrite(PIN_TRIG, LOW);
delayMicroseconds(5);
digitalWrite(PIN_TRIG, HIGH);

28

// Выставив высокий уровень сигнала, ждем около 10 микросекунд. В этот
момент датчик будет посылать сигналы с частотой 40 КГц.
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(PIN_TRIG, LOW);
// Время задержки акустического сигнала на эхолокаторе.
duration = pulseIn(PIN_ECHO, HIGH);
// Теперь осталось преобразовать время в расстояние
cm = (duration / 2) / 29.1;
Serial.print("Расстояние до объекта: ");
Serial.print(cm);
Serial.println(" см.");
// Задержка между измерениями для корректной работы скеча
delay(250);
float u = analogRead(A0)* (16.2/1024);
float y = analogRead(A1)* (100.0/1024);
delay (200);
digitalWrite(trigPin1, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(trigPin1, HIGH);
delayMicroseconds(10);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trigPin2, LOW);
duration2 = pulseIn(echoPin2, HIGH);
float cm2 = duration2 / 58.0;
sensors.requestTemperatures(); // передаем команду на запрос температуры
Serial.print("\n");
Serial.print("Source");
Serial.print("\t");
Serial.print(u);
Serial.print("V");
Serial.print("\n");
buttonState = digitalRead(button);
if (buttonState == HIGH) {
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("Source ");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("Angle ");
lcd.setCursor(7, 1);
lcd.print(y);

29

lcd.setCursor(14, 1);
lcd.print("°");}
else{
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("Dist.1 ");
lcd.setCursor(7, 0);
lcd.print(cm1);
lcd.setCursor(14, 0);
lcd.print("cm");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("Dist.2 ");
lcd.setCursor(7, 1);
lcd.print(cm2);
lcd.setCursor(14, 1);
lcd.print("cm");
};
if(y<=25){digitalWrite(led, HIGH);}
else if(y>=75){digitalWrite(led, HIGH);}
else {digitalWrite(led, LOW);
};
}

На рисунках проиллюстрирована работа системы:

30

31
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте были разработаны элементы
информационно-измерительной системы для робота-манипулятора, которая
собирает информацию о параметрах его работы и окружающем пространстве..
Были выполнены следующие задачи:
• Кратко описано, что собой представляют и чем отличаются
дискретные и аналоговые сигналы.
• Кратко описано, что собой представляют аналого-цифровые и
цифро-аналоговые преобразователи, какие их основные характеристики нужно
использовать при выборе.
• Описано, с какой целью выполняется аналого-цифровое
преобразование сигналов в системах, управляемых цифровыми контроллерами
и почему оно необходимо.
• Описано, с какой целью в измерительных приборах и
преобразователях выполняется преобразование значений измеренных
физических величин в унифицированных выходной сигнал.
• Разработаны элементы информационно-измерительной системы для
робота-манипулятора, которая собирает информацию о параметрах его работы
и окружающем пространстве.
Разработанная модель оказалась полностью работоспособна, результаты
соответствуют поставленным задачам.

32

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. ГОСТ 7.32-2001. Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и
правила оформления [Текст] – Минск: ИПК Издательство стандартов,
2001. – 21 с.
2. ГОСТ 19.201-78 ЕСПД. Техническое задание. Требования к содержанию и
оформлению [Текст] – Москва: Стандартинформ, 2010. – 4 с.
3. ГОСТ 7.1-2003. Библиографическая запись. Общие требования и правила
составления [Текст]. — Москва: ИПК Изд-во стандартов, 2004. — 47 с.
4. ГОСТ 7.82-2001. Библиографическая запись. Библиографическое описание
электронных ресурсов. Общие требования и правила составления [Текст].
— Минск: ИПК Изд-во стандартов, 2001. — 23 с.
5. Дементиенко В.В. Физические принципы построения систем безопасного
мониторинга состояния человека-оператора [Текст]: Автореферат. —
Москва, 2010.
6. Электронный детектор сна StopSleep [Электронный ресурс]. — режим
доступа: свободный, URL: http://www.stopsleep.com/about
7. Кручинин А. Распознавание образов с использованием OpenCV:
Материалы блога http://recog.ru — 2011, 171 с.