Система позиционирования

Актуальность

Для реализации школьного проекта «Мультиполигон» нужна система идентификации, отслеживающая местоположения движущегося устройства, прохождение им контрольных пунктов и выполнение технических заданий во время прохождения полигона, а также система старт–финиш, отслеживающая время прохождения движущимся устройством маршрута полигона.

Цель

Разработать систему позиционирования движущихся устройств (роботов или моделей), прохождения ими контрольных пунктов и отслеживания времени прохождения маршрута.

Задачи

1. Спроектировать логику работы устройства и монитора, протокол передачи данных с устройства на монитор.

2. Подобрать элементную базу для устройства и монитора с использованием готовых электронных модулей из расчёта минимальной стоимости, разработать их принципиальные электрические схемы.

3. Написать программы для контроллеров устройства и монитора с учётом возможного расширения сферы использования устройства и монитора.

4. Собрать макетные образцы устройства и монитора, использовать их для выявления возможных ошибок и корректировки схемотехнических решений.

5. При необходимости переработать конструкцию, электрическую схему и программное обеспечение.

6. Подобрать готовые корпуса устройства и монитора или изготовить их самостоятельно.

7. Собрать нужное количество устройств и монитор.

8. Предусмотреть возможность расширения функциональных возможностей системы устройства–монитор посредством доработки программного обеспечения без изменения электрической схемы.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Микроконтроллер AtMega328p
• Модуль радиочастотной идентификации (RFID) RC522 с протоколом MIFARE на рабочей частоте 13.56 МГц
• Модуль радиосвязи Nrf21L01 на частоту 2,4ГГц
• Модуль преобразователя питания на 3,3В
• Элемент питания литий-полимерный
• Необходимые пассивные компоненты: резисторы, конденсаторы, кварц, провода

Описание

На движущемся устройстве (робот, модель) на нижней стороне шасси закреплена карточка радиочастотной идентификации (RFID), содержащей токопроводящую спираль, выполняющую роль антенны, при этом сигнал считывающего устройства (фактически электромагнитное поле) одновременно служит источником питания для карточки. Встроенная в карточку микросхема содержит в себе помимо программируемой памяти уникальный серийный номер карты, состоящий из 4 или 6 байт. В качестве такой карты может выступать как специальная «пустая» карта или брелок, так и использованный проездной билет. Единственное предъявляемое требование, чтобы частота работы карты была 13,56 МГц.

Движущееся устройство проезжает над считывателем карт, который может быть установлен в любой точке маршрута движения, в том числе на старте или финише. Когда считыватель обнаруживает карту, он читает многобайтный уникальный идентификационный номер карты, сопоставляет его посредством встроенной в его программу базы номеров карт с однобайтным номером, используемым в системе. После этого считыватель передаёт этот номер по радиосвязи на монитор наблюдения на частоте 2,4МГц.

Монитор принимает посланные данные, состоящие из номеров считывающего устройства и обнаруженной карты, и, в зависимости от режимов его работы, отображает точку прохождения, номер обнаруженного движущегося устройства, интервалы времени прохождения.

Результаты работы/выводы

Разработаны и собраны несколько рабочих образцов считывателя номеров карт радиочастотной идентификации и монитор приёма данных. В настоящее время они используются как часть электронного оснащения школьного «мультиполигона» для решения задач в рамках школьной робототехники. Также они могут быть использованы для обучения основам электроники, программирования, постановкам физических экспериментов.

Перспективы использования результатов работы

В перспективе – добавить в считыватель номеров карт функцию приёма данных и управления внешними устройствами; добавить в монитор возможность подключения большого дисплея и передачи показаний на смартфон или планшет.