Разработка лазерного дальномера на микроконтроллере
ВВЕДЕНИЕ
Лазерный дальномер – прибор для измерения расстояний с применением лазерного луча.
Широко применяется в инженерной геодезии, при топографической съёмке, в военном деле, в навигации, в астрономических исследованиях, на стройке, охоте, в быту. Современные лазерные дальномеры в большинстве случаев компактны и позволяют в кратчайшие сроки и с большой точностью определить расстояния до интересующих объектов.
В первой части работы рассмотрены методы и средства для измерения расстояний, проанализированы требования к системам машинного зрения роботов, выбран метод измерений, проведено описание прототипа и сформулированы основные задачи работы.
В первой части рассмотрена обобщенная структура лазерного дальномера.
Моментами, которые технически трудно реализовать на практике является обеспечение большого коэффициента усиления и трудности детектирования фазы для отраженного сигнала высокой частоты. Для преодоления этих проблем предлагается осуществить прямое преобразование част
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Системы лазерного дальномера 7
1.1 Принцип работы лазерного дальномера 7
1.2 Область применения 9
1.3 Функции лазерного дальномера 10
1.3.1 Дальномеры для охоты и туризма 10
1.3.2 Строительные дальномеры 12
1.4 Методы измерения 15
1.4.1 Метод триангуляции 16
1.4.2 Импульсный метод 17
1.4.3 Фазовый метод 18
2 Разработка лазерного дальномера на базе Arduino 19
2.1 Проектирование схемы работы лазерного дальномера (рисунок 1) 19
2.1.1 Arduino Uno R3 на базе процессора ATmega328 19
2.1.2 Времяпролетный датчик VL53L0X 22
2.1.3 Источник питания 23
2.1.4 Символьный дисплей 25
2.1.5 Модуль I2C для работы с ЖК дисплеем (LCD I2C Module) 27
2.2 Разработка программного обеспечения устройства 28
2.3 Сборка лазерного дальномера на базе Arduino. 30
2.4 Готовое изделие 31
3 Анализ организационно-экономической деятельности по разработке лазерного дальномера на базе микроконтроллера 32
3.1 Расчет стоимости материалов и покупных изделий, которые были использованы при изготовлении устройства 33
3.2 Расчет расходов на содержание и эксплуатацию оборудования 33
3.3 Расчет оплаты труда персонала 35
3.4 Начисления на заработную плату 36
3.5 Расчет договорной цены продукта 36
3.6 Анализ изменения функциональных возможностей 37
3.7 Анализ технической прогрессивности новой конструкции устройства 38
3.8 Расчет коэффициента цены потребления 41
3.9 Расчет интегрального коэффициента конкурентоспособности 44
3.10 Разработка рекламы на новое устройство 44
3.11 Вывод по технико-экономическому анализу конкурентно - способности новой конструкции устройства 48
4. Охрана труда и техника безопасности при разработке лазерного дальномера на микроконтроллере 49
4.1 Гарантии права работника на охрану труда 49
4.2 Здоровые условия труда 50
4.3 Требования к технике безопасности при работе на компьютере 51
4.4 Техника безопасности при производстве паяльных работ 55
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 58
ПРИЛОЖЕНИЕ А 59
ГЛОССАРИЙ 61
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Арутунян, Р.В. Воздействие лазерного излучения на материалы / Р.В. Арутунян, В.Ю. Баранов, Л.А. Большов, и др.. - М.: Наука, 2022. - 367 c.
2. Бейктал, Дж. Конструируем роботов на Arduino. Первые шаги / Дж. Бейктал. - М.: Лаборатория знаний, 2021. - 320 c.
3. Виноградов, Б. А. Действие лазерного излучения на полимерные материалы. Научные основы и прикладные задачи. В 2 книгах. Книга 1. Полимерные материалы. Научные основы лазерного воздействия на полимерные диэлектрики / Б.А. Виноградов, К.Е. Перепелкин, Г.П. Мещерякова. - М.: Наука. Ленинградское Отделение, 2022. - 384 c.
4. Действие лазерного излучения. - М.: Мир, 2021. - 392 c.5. Делоне, Н. Б. Взаимодействие лазерного излучения с веществом / Н.Б.
Делоне. - М.: Главная редакция физико-математической литературы издательства "Наука", 2022. - 280 c.
6. Гражданский кодекс Российской Федерации: офиц. текст. – М.: ИНФРА-М, 2022.
7. Конституция Российской Федерации: офиц. текст. – М.: ИНФРА-М, 2022. – 48 с.
8. Кашаев, С. М. 1С:Предприятие 8.2. Программирование и визуальная разработка на примерах (+ CD-ROM) / С.М. Кашаев. - М.: БХВ-Петербург, 2021. - 320 c.
9. Кравченко, А.В. 10 практических устройств на AVR-микроконтроллерах. Книга 1 (+ CD-ROM) / А.В. Кравченко. - М.: МК-Пресс, 2022. - 999 c.
10. Образовательная робототехника в дополнительном образовании школьников: Методическое пособие/ Гинзбург Е.Е., Винокурова А.В. – Йошкар-Ола: ОАНО «Инфосфера», 2021. – 32 стр.
11. Internet [Электронный ресурс] / Ардуино УНО R3. – Электрон. дан. – М. https://docs.arduino.cc/hardware/uno-rev3 (дата обращения: 16.03.2023).
12. Internet [Электронный ресурс] / Arduino VL53L0X: лазерный дальномер. – Электрон. дан. – М. https://arduinoplus.ru/arduino-vl53lox/ (дата обращения: 25.03.2023).
13. Internet [Электронный ресурс] / Обзор лазерного дальномера VL53L0X. – Электрон. дан. – М. https://robotchip.ru/obzor-lazernogo-dalnomera-vl53l0x/ (дата обращения: 03.04.2023).
В основе платы лежит процессор ATmega 328. Кроме него на плате находится модуль USB для связи с компьютером и прошивки. Этот модуль называется «USB-TTL преобразователь». На фирменных платах Arduino Uno для этой целей используется дополнительный микроконтроллер ATmega16U2.
Особенность этого чипа заключается в аппаратной поддержке USB, что позволяет организовывать связь без дополнительных преобразователей. В то время как ATmega328 не поддерживает такой функции, поэтому 16u2 выступает в роли преобразователя данных из USB в последовательный порт для МК AVR. В него залита программа для выполнения этой задачи.
Таблица 1 – Характеристики Arduino Uno R3
Микроконтроллер ATmega328Рабочее напряжение 5ВНапряжение питания (рекомендуемое) 7-12ВНапряжение питания (предельное) 6-20ВЦифровые входы/выходы 14 (из них 6 могут использоваться в качестве ШИМ-выходов)
Аналоговые входы 6
Максимальный ток одного вывода 40 мА