Диссертация (Формирование облика стенда бросковых испытаний и полномассового макета спускаемого аппарата для полунатурной имитации посадки на Луну в земных условиях), страница 13

Схема смещения логического уровня навыводах синхронизации SPI (SPC) и данных (SDI) доступны в SPI режиме смикроконтроллерами, работающими на таком же напряжении, как VIN (2,5 5,5 В).По умолчанию включён 4-проводный режим передачи данных.Гироскоп передаёт данные по ведущему устройству SPI по выделеннойвыходной линии (SDO). Если SPI интерфейс настроен на использование 3-хпроводного режима, вывод SDI выступает в роли SDO и управляетсямикросхемой L3GD20 при передаче данных ведущему устройству.Существует готовая основная библиотека для работы с Arduino библиотека L3GD20 для Arduino, которая позволяет легко взаимодействоватьдатчику с Arduino. Эта библиотека позволяет легко настроить L3GD20 исчитать исходные данные датчика по I²C интерфейсу.3.4.4. Сохранение и передача телеметрической информацииВ настоящее время можно приобрести и подключить к устройствуArduinoмножествоприемо-передающихустройств,поддерживающиебольшое количество протоколов.

Платы Arduino уже укомплектованы USBпортом, через который можно управлять устройством и передавать данные вперсональный компьютер или ноутбук. Так же на самой плате есть интерфейсRS-232.Помимопроводнойпередачиинформациисуществуютплатырасширения для беспроводной передачи, поддерживающие следующиепротоколы: Bluetoth; WiFi; GPRS/GSM;129 XBee.После проведенного обзора компонентов, решено было остановиться напередаче данных по Wi-Fi от устройства на персональный компьютер. Нижедано подробное описание устройства, следует заметить, что помимо своейнепосредственной функции, в данном устройстве есть слот для microSD карты,на которую так же можно записывать показания эксперимента и показаниядатчиков в виде файлов.3.4.5.

Постоянно-запоминающее устройство и беспроводнаяпередача информации посредством WiFi модуляПлата расширения Arduino WiFi позволяет контроллерам Arduinoосуществлять сетевое соединение, используя беспроводную сеть формата802.11. Плата построена на базе чипа HDG104 Wireless LAN 802.11b/g Systemin-Package. Микроконтроллер Atmega 32UC3 обеспечивает поддержкусетевого стека (IP) как для TCP, так и для UDP протокола. Разработчикирекомендуют использовать библиотеку WiFi для работы с данной платой.Физически плата WiFi, как и большинство плат расширения,соединяется с платой контроллера Arduino посредством контактных колодок,расположенных по краям платы. Размеры соответствуют контактам наконтроллерах Arduino UNO и Arduino Mega2560.На плате WiFi имеется слот для micro-SD карт, которые могут бытьиспользованы для хранения и передачи файлов по сети.

Для доступа к даннымна карте можно использовать библиотеку SD Library. SS (выбор ведомого) дляSD слота находится на порту вход/выхода 4, что следует учитывать при работес этой библиотекой.Соединение Arduino контроллера с процессором платы расширенияWiFi и встроенной картой SD осуществляется по SPI шине на разъеме ICSP.При этом задействованы следующие выходы: 11, 12 и 13 на UNO и выходы 50,51 и 52 на Mega. На обоих платах выход 10 используется для выбора HDG104и выход 4 для SD карты. Эти вход/выходы не могут быть задействованы для130других целей. На контроллере Mega выход 53 (SS), не используется для выбораведомого устройства HDG104, либо SD карты, но должен оставаться OUTPUTиначе будет нарушена работа SPI интерфейса.Порт 7 используется для синхронизации (handshake) между платой WiFiи Arduino и не может быть задействован для других целей.Поскольку HDG104 и слот SD карты делят шину SPI, они не могут бытьиспользованы одновременно.

Необходимо это иметь ввиду при использованиисоответствующих библиотек. Если не используется одно из устройств, тонеобходимо принудительно отключить его. Для отключения SD карты,установить порт 4 в OUTPUT и HIGH, для отключения HDG104 - портвход/выхода 10 в OUTPUT, HIGH.Плата WiFi может быть использована как в открытых беспроводныхсетях, так и в сетях с использованием шифрования WPA2 Personal, либо WEP.Для успешного соединения точка доступа должна анонсировать SSID.Кнопка сброса (reset), перезагружает процессор на плате WiFi иодновременно контроллер Arduino.НаплатерасширенияраспаянконнекторMini-USB,которыйиспользуется для перепрошивки Atmega 32U с использованием протоколаAtmel DFU.

Перемычка (джампер) DFU осуществляет перевод платы в режимпрошивки, в остальных случаях она должна быть незамкнута.Коннектор FTDI может быть использован для последовательногосоединения с микроконтроллером 32U для отладки.Также на плате есть несколько светодиодов: L9 (желтый): подключен к выходу 9. LINK (зеленый): отображает статус соединения с сетью. ERROR (красный): загорается при ошибке соединения. DATA (синий): показывает процесс приема/передачи данных по сети.1313.5.Управление ходом эксперимента и периферийныеустройстваДля функционирования всей системы снятия показаний экспериментапомимо размещения устройства Arduino и датчиков на макете ПМ,необходимы дополнительные средства. Для дистанционного управления всемходом эксперимента предлагается разработать программное обеспечение,которое будет отправлять сигналы управления, обрабатывать показания,получаемые с датчиков, и проводить предварительный анализ этих показаний.Дляфиксированияходаэкспериментанавидеонеобходимывидеокамеры с высокоскоростной съемкой.

Предлагается использоватьхорошо зарекомендовавшую себя видеокамеру GoProHDHERO3 BlackEdition,которая может снимать 120 кадров в секунду в формате записи 720p.Рисунок 3.61. Функциональная схема работы аппаратурыПеред проведением эксперимента требуется выставить макет ПМ втребуемое положение, исходя из документа проведения испытаний. В ПО ПКвыставляются исходные начальные данные, такие как: расстояние от стенда,угол отклонения от точки касания и др.

Подается команда о началеэксперимента, в это время показания датчиков должны зафиксироваться,132включиться видеокамеры. После сброса ПМ на стенд должна бытьосуществлена запись показаний в внешнюю память микроконтроллера. Послеокончания эксперимента, подается команда о том, что испытания закончены изапись данных прекращается. Оператор посредством беспроводной связимежду ПК и модулем WiFi скачивает записанные данные эксперимента на ПК,они являются исходными данными для ПО.

Затем запускается процедураобработки данных, и после обработки выдается на экран результатыэксперимента, а также распечатывается необходимая информация. Послепроцедуры обработки формируется решение об эксперименте.Выводы по разделу3.6.1. Результаты полученные с помощью средств 3D-моделированияподтвердили корректность разработанных во торой главе моделей динамикипосадки СА на Луну и поведение макета СА на предложенном стендебросковых испытаний.2. В связи с значительными затратами времени на расчеты с помощьюсредств 3D-моделирования для проведения математического модели с учетомвсегоспектравозможныхкритическихситуацийвтомчислеистатистического моделирования целесообразно использовать модели иалгоритмы, предложенные во второй главе.3. Проведен анализ и сформулированные предложения по выборурегистрирующей аппаратуры и мест ее установки.4.

Расчеты, проведенные с помощью средств 3D-моделирования,позволилиуточнитьместаустановкирегистрирующейаппаратуры.Критерием, при этом, являлась степень деформации каркаса макета СА.133ЗАКЛЮЧЕНИЕВ целом можно сделать следующие основные выводы:1. Проведен сравнительный анализ возможных схем испытаний поотработке динамики посадки СА на поверхность Луны, в том числеиспользование летных демонстраторов. Показано, что для отработкидинамики посадки целесообразно использовать полномассовый макетпосадочного модуля и проведение испытаний с использованием бросковогонаклонного стенда.2. Использованные математические модели, описывающие динамикупроцесса посадки спускаемого на Луну аппарата и динамику поведения макетапосадочного модуля на бросковом наклонном стенде, являются актуальнымии объективно отражаются процесс посадки.3.

Предложеналгоритмпостроенияпрограммно-математическогокомплекса для отработки динамики посадки СА на поверхность Луны.Разработано программное обеспечение для анализа динамики посадки в средепрограммирования Delphi. Разработана методика использования пакетов 3Dмоделирования для решения динамической задачи ударно-контактноговзаимодействия посадочного модуля или его макета с поверхностью.Проведено математическое моделирование и дан сравнительный анализрезультатов моделирования динамики посадки на поверхность Луны срезультатами, получаемыми на стенде.4.

Разработаны требования к макету посадочного модуля, включающие кактребования к массово-геометрическим характеристикам, так и требования кизмерительным средствам. Сформирована структура макета посадочногомодуля.5. Предложены проектные параметры стенда для отработки динамикипосадки и варианты выбора регистрирующей аппаратуры для выполнениятребований измеряемых параметров. Дана схема расстановки датчиков на134самом макете посадочного модуля и на экспериментальном стенде длявнешнего визуального фиксирования хода эксперимента.135БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК1.Абросимов П.А., Малышев В.В., Старков А.В., Титков М.А.,ШмигириловС.Ю.Методикаматематическогомоделированиядинамического отклика конструкции спускаемого космического аппаратав условиях наземной стендовой отработки.