РАЗРАБОТКА МОБИЛЬНОГО РОБОТА НА БАЗЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА MSP430

Защита от пожаров является актуальной задачей, особенно в замкнутых пространствах: производственных помещениях, складах, подземных сооружениях, учебных заведениях, ангарах и пр. Мобильный робот предназначен для извещения об очагах возгорания и задымленности помещений. Для обнаружения очагов возгорания на роботе установлен сенсор температуры, а для обнаружения задымленности – сенсор продуктов горения (таких как: CO₂, CO, C_xH_y). Робот способен перемещаться по помещению, объезжая препятствия и выполняя поставленный алгоритм, что позволяет ему объезжать все помещение.

В данной работе представлен проект мобильного робота на базе микроконтроллера MSP430 с экономической оценкой финансовых затрат на  производство одной модели. Затраты на создание робота были минимизированы с целью удешевить производство моделей роботов.

Выбор необходимых датчиков и микроконтроллера

Датчики измерения расстояния. Для начала было решено выбрать бесконтактные датчики измерения расстояния. Они применяются для регистрации наличия или отсутствия определенного класса объектов в зоне своего действия. В таблице 1 представлено сравнение ультразвуковых и лазерных датчиков измерения расстояния.

Таблица 1.

Сравнение характеристик и цен моделей датчиков определения расстояния [1]

Датчики определения газов. Вторым этапом были выбраны газовые извещатели. Они предназначены для определения газов, выделяющихся при тлении и горении различных материалов. Принцип выбранного типа датчиков основан на изменении электропроводности полупроводникового газочувствительного слоя при химической адсорбции на его поверхности газов.

Выбор полупроводниковых датчиков обусловлен следующими причинами:

• низкая цена, по сравнению с другими типами датчиков;
• портативность;
• диапазон измеряемых значений полностью удовлетворял целям задачи;
• ток питания равен току батареи робота.

В таблице 2 представлено сравнение разных моделей газоаналитических датчиков.

Таблица 2.

Сравнение датчиков дыма [2]

Датчики измерения температуры. Для определения прямых очагов огня выбор пал на термодатчики, которые способны измерять температуру, тем самым сигнализируя о очаге огня. После подробного изучения различных типов термодатчиков, было решено использовать термометр сопротивления, а именно термистор. Это полупроводниковый резистор, изменяющий свое сопротивление в зависимости от температуры. Сравнение моделей датчиков представлено в таблице 3.

Таблица 3.

Сравнение разных характеристик и цен термодатчиков [1]

Драйвер двигателей. Драйвер двигателей постоянного тока – это электронное устройство, предназначенное для преобразования электрических сигналов, целью которого является управления двигателями постоянного тока.

Использование этого устройства обуславливается несколькими причинами:

1. драйвер позволяет регулировать скорость вращения двигателей;
2. токи, которые выдерживают контакты микроконтроллера обычно не превышает 10 мА, а ток работы двигателей больше 80 мА (а при блокировки мотора до 1600 мА).

Сравнение различных драйверов двигателей постоянного тока представлено в таблице 4.

Таблица 4.

Сравнение характеристик и цен драйверов двигателей [2]

Выбор микроконтроллера. Микроконтроллеры – это микросхемы, которые предназначены для управления электронными устройствами. Они сочетают в себе функции процессора, периферийных устройств, имеют встроенную ОЗУ и ПЗУ память. Существует большое множество микроконтроллеров и все они отличаются типом архитектуры, количеством памяти, рабочей частотой и сферой применения. Основываясь на задаче проекта, был составлен перечень необходимых требований для микроконтроллера: - размер памяти для программной части не меньше 16 Кб; - напряжение питания от 3.6V до 12V; - около 16 контактов для входа/выхода; - малое энергопотребление, желательно сверхнизкое; -высокая тактовая частота.

В таблице 5 представлено сравнение различных микроконтроллеров.

Таблица 5.

Сравнение характеристик и цен различных микроконтроллеров. [2]

В результате, был выбран микроконтроллер MSP430G2553. Это не самый дешевый вариант микроконтроллера, но у данного микроконтроллера самое низкое энергопотребление, что выделяет его из семейства микроконтроллеров Arduino.

Итоги выбора датчиков и микроконтроллера. Внимательно изучив все представленные датчики и цены, которые предлагают продавцы, а также приняв во внимание тот факт, что необходимо максимально удешевить конечный проект, был составлен финальный список датчиков, драйвера двигателей и микроконтроллера. Список купленных и используемых датчиков, и драйвера двигателей представлен в таблице 6.

Таблица 6.

Перечень датчиков и микроконтроллера для робота с ценами [2]

Разработка электрической схемы и печатной платы робота.

Схема разрабатывалась в программе sPlan 7.0. Схема представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема робота

На основе схемы была разработана схема печатной платы робота в программе Sprint Layout 6.0. Схема печатной платы представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Печатная плата робота

Проведя анализ сроков, размеров и цен от производителей печатных плат  (таблица 7), была выбрана компания Чип Селект, которая позволяет заказать плату в количестве 1 шт.

Таблица 7.

Компании, цены и сроки производства печатной платы

Таким образом, стоимость производства разработанной одной модели мобильного робота на базе микроконтроллера MSP430, составляет 1923 руб. (таблица 8).

Таблица 8.

Общая стоимость производства одной модели робота

Изучив предлагаемые модели дымоуловителей не было найдено автономных роботов, которые способны, исполняя заложенный алгоритм [3, с. 188], перемещаться по помещению и улавливать дым, а также искать прямые очаги огня. Сейчас предлагаются потолочные датчики, цена и установка которых стоит больших денег, чем цена одного робота. В заключение следует сказать, что автономный робот, разработанный нами, вполне может конкурировать на рынке с другими пожарными датчиками.

Список литературы:

1. Джек Ма, Пэн Лэй Alibaba Group - 2010 - [электронный ресурс] – Открытый.– URL: http://www.alibaba.com/  (дата обращения: 12.04.2016)
2. ООО «Амперка». – 2010. – [электронный ресурс] – Открытый. – URL: http://amperka.ru/ (дата обращения 10.05.2016)
3. Стивен Скиена. Алгоритмы. Руководство по разработке. – 2-е изд.: Пер. с англ. – СПб.: БХВ-Петербург, 2014. – 720 с.