Муниципальное бюджетное  образовательное учреждение

дополнительного образования детей

Станция юных техников Устиновского района г. Ижевска

Республиканская научно- практическая конференция

«Юность – науке и технике»

«Системы дорожного  анализатора  с автоматической обработкой данных и звуковым оповещением»

(исследовательский проект)

Ижевск

2014

Содержание

Введение        

Глава 1. Анализ моделей системы портативного сканирования данных, радаров и антирадаров, GPS-навигаторов и автомобильных видеорегистраторов        

Глава 2.  Описание продукта исследования        

Заключение        

Список литературы, Internet-ресурсов        

ПРИЛОЖЕНИЕ 1        

ПРИЛОЖЕНИЕ 2        

ПРИЛОЖЕНИЕ 3        

ПРИЛОЖЕНИЕ 4        

Введение

Актуальность исследовательского проекта создания «Системы дорожного анализатора с автоматической обработкой данных и звуковым оповещением».

Как стать ближе к  водительскому удостоверению, как легко сдать экзамен? Те, кто сдавал на права, уже убедились, что без знания дорожных знаков выучивание 800 вопросов часто превращается в тупое запоминание и головную боль. Значит нужно учить дорожные знаки! Но их (вместе с информационными табличками) почти 300! Как решить проблему и сделать запоминание знаков простым и логичным?

         Пройдя обучение в автошколе и получив права, новоиспеченный водитель остается один на один со своими проблемами, ведь твердых навыков управления автомобилем еще нет, а дорожная обстановка, как и другие участники движения, не хотят принимать во внимание отсутствие опыта. Чтобы начинающий водитель не оставался со своими проблемами один на один мы предлагаем вашему вниманию исследовательский проект  для закрепления водительских навыков.

Цель проекта – смоделировать «Систему дорожного  анализатора  с автоматической обработкой данных и звуковым оповещением».  

Задачи:

1. Проанализировать существующие системы портативного сканирования данных, радаров и антирадаров, GPS-навигаторов и  автомобильных видеорегистраторов.  

2. Создать модель  прибора, включающего в себя функции ранее перечисленных систем с использованием перепрограммированного  микропроцессора.

3. Разработать алгоритм анализа и обработки данных для получения результата цели проекта.

4. Провести анализ эффективности устройства и ценовой политики.

5. Составить схемы: «Укрупненная схема устройства» и «Схема взаимодействия программного обеспечения с базой данных и базой данных».

6. Составить мультимедийную презентацию и буклет при защите исследовательского проекта.

 Методы исследования:

- изучение и сравнительный анализ устройств и приборов,  научно-популярной литературы, изданий, информации  с интернет форумов;

- методы алгоритмизации и программировании на естественном языке;

 -моделирование, составление презентации.

Объектом исследования являются системы дорожных анализаторов и комплект современных средств передачи данных на расстоянии.

Гипотеза –существующие устройства распознавания дорожных карт и  знаков не отвечают современным требованиям, так как являются разрозненными информационными моделями и являются морально-устаревшими.  Возникла необходимость в разработке одного прибора, объединяющая все функциональные возможности ранее перечисленных устройств.

Этапы работы над проектом: 

1. Выбор темы.
2. Определение цели, задач, гипотезы исследования.
3. Подбор и изучение  материалов по теме.
4. Составление библиографии.
5. Выбор методов исследования.
6. Разработка плана проекта.
7. Написание исследовательского проекта.
8. Оформление исследовательского  проекта.

Работа состоит из Введения, двух глав, заключения, списка литературы и использованных Интернет- ресурсов, приложения.  

Глава 1. Анализ моделей системы портативного сканирования данных, радаров и антирадаров, GPS-навигаторов и автомобильных видеорегистраторов

Для того, чтобы сформировать и построить свою модель устройства, необходимо проанализировать уже существующие приборы, определить в каких случаях они используются и выявить их недостатки, которые наталкивают нас на создание принципиально нового устройства.

Предлагается «Система дорожной сигнализации с автоматической обработкой данных». Размещение информации на дорожном покрытии, закодированной в виде двухмерного штрих кода. На дороге, поперек ее направления, размещается «лента» из синтетического материала (пластик, плотная резина). Лента имеет участки плавного уменьшения толщины с двух сторон (наезда и съезда) или устанавливается в углублении, чтобы внешняя поверхность была расположена заподлицо с поверхностью дороги. Внутри ленты имеется слой из более плотного материала, например, из металла, профилированный в виде полос, образованных выступами и впадинами (как стиральная доска), расположенными поперек дороге, по типу «шумовых полос», которые сейчас делают перед пешеходными переходами. На автомобиле устанавливается обычная система считывания штрих кода, как в магазине, только с другого типа датчиками и дешифратор для «перевода» сигнала из штрих кода в конкретную информацию, полезную и необходимую для водителя и автомобиля.

От точности и своевременности информации о перемещении подвижного состава и грузов в процессе перевозок зависит эффективность использования ресурсов железнодорожного транспорта. На железных дорогах промышленно развитых стран одним из основных средств получения информации о прибытии вагона на станцию назначения, в пункт погрузки, об отправлении со станции или поступлении с подъездных путей служат системы автоматической идентификации подвижного состава. Система, получившая название Denicom, рекомендована Международным союзом железных дорог (МСЖД) в качестве единого стандарта для создания унифицированной системы автоматической идентификации. Он будет применяться по всему подвижному составу.

В основу системы Denicom положено использование стандартных электронных маркеров, которые крепятся под кузовами вагонов и локомотивов, а также стационарных напольных считывателей, устанавливаемых в рельсовой колее. Структурная схема Denicom приведена на рисунке [10].

QR-код — матричный код (двумерный штрих код).

В отличие от старого штрих кода, который сканируют тонким лучом, QR- код определяется сенсором как двумерное изображение. Три квадрата в углах изображения и меньшие синхронизирующие квадратики по всему коду позволяют нормализовать размер изображения и его ориентацию, а также угол, под которым сенсор относится к поверхности изображения.

Основное достоинство QR-кода — это лёгкое распознавание сканирующим оборудованием (в том числе и фотокамерой мобильного телефона), что дает возможность использования в торговле, производстве, логистике[11].

Радар-детектор (антирадар) — специализированный радиоприёмник, устанавливаемый в автомобиль и обнаруживающий работу полицейского радара (определителя скорости) и предупреждающий водителя.

Простейшие радар детекторы и антирадары устанавливаются за ветровым стеклом, или в салоне автомобиля, подключаются к бортовой сети (12 вольт) через прикуриватель. Более сложные несъёмные модели для установки требуют привлечения специалистов. Эти приборы классифицируются:

• По исполнению: встраиваемые и не встраиваемые;
• По углу охвата (в градусах) приборы с широтой срабатывания 360 °.

Радар детекторы реагирует на помехи, создаваемые линиями электропередач, электрическим транспортом (трамвай, троллейбус, электровозы), поэтому во многие модели встраивается защита от ложного срабатывания [12].

GPS-навигатор — устройство, которое получает сигналы глобальной системы позиционирования с целью определения текущего местоположения устройства на Земле. Устройства GPS обеспечивают информацию о широте и долготе, а некоторые могут также вычислить высоту [13].

• GPS-чипсет — набор микросхем, в котором процессор — самая важная часть. Процессор обеспечивает работу всего устройства, а также обрабатывает спутниковый сигнал, поступающий от GPS-модуля, вычисляя координаты.
• GPS-антенна настроена на частоты, на которых передаются данные навигационных спутников.
• Разъемы (внешние интерфейсы) — разъем внешнего питания, гнездо для подключения наушников, слоты для карт памяти и SIM-карт. Набор разъемов зависит от особенностей конкретной модели навигатора.

Программная часть:

• В общем случае программная часть состоит из BIOS, операционной системы, программной оболочки, навигационных программ и дополнительных приложений.
• BIOS — микропрограмма, обеспечивающая операционной системе API доступа к аппаратуре навигатора.
• Навигационная программа — собственная разработка или ПО стороннего производителя.

Современные автомобильные навигаторы способны прокладывать маршрут с учётом организации дорожного движения и осуществлять адресный поиск. Они могут обладать обширной базой объектов инфраструктуры.

Автомобильный видеорегистратор — устройство, предназначенное для видео- и аудиофиксации обстановки вокруг автомобиля при его движении или стоянке, а также и внутри салона (опционально — при наличии дополнительной камеры). Основное назначение — сбор доказательной базы в спорных ситуациях и ДТП.

Основные части автомобильного видеорегистратора это видеокамера и записывающее устройство. Камера формирует видеосигнал, который передаётся на записывающее устройство. Записывающее устройство обрабатывает видеосигнал, производит сжатие и непосредственно запись. Записанный видеосигнал хранится на карте памяти или встроенном жестком диске[14].

Таким образом, можно сделать вывод: имеющиеся на мировом рынке модели систем портативного сканирования данных, радаров и антирадаров, GPS-навигаторов и автомобильных видеорегистраторов востребованы, но представлены отдельными устройствами, имеющими ряд преимуществ и недостатков. При этом каждый отдельный прибор требует отдельного процесса установки и настройки. Соответственно, для этого необходимы дополнительные финансовые затраты (Приложение 4) и место в автомобиле для размещения устройства. В итоге, назрела необходимость соединить все элементы для создания единого портативного прибора, включающего в себя максимум функциональных возможностей.

 Глава 2.  Описание продукта исследования

Предлагаем свою версию продукта.

Он будет устанавливаться на месте, где ставиться автомагнитола и питаться от генератора автомобиля (Приложение 1).

Проектируя устройство, были выделены основные блоки, из которого оно будет состоять, и определена их функциональная нагрузка, а так же установлена взаимосвязь между блоками (Приложение 2). Каждый блок получил свое наименование согласно функционального назначения.  В результате получилось устройство основой которого является микропроцессор, позволяющий перепрограммировать блоки и вносить в них соответствующие изменения при необходимости. Каждый блок был спроектирован отдельно. Вся система представляет собой целое благодаря единому, интуитивно понятному интерфейсу. Для представления прибора необходимо представить функционирование каждого блока и его основные задачи отдельно [2].

В GPS-навигатор занести знаки дорожного движения. На расстоянии 150 метров от знака расположить на карте контрольную точку, при проезде которой в автомобиль будет подаваться звуковой сигнал, предупреждающий о каком-либо знаке дорожного движения. При знаках ограничивающих скорость, если ваша скорость будет превышать допустимую, то будет подан звуковой сигнал о понижении скорости.

Все звуковые сигналы будут сопровождаться соответствующими оповещениями на дисплее: знак дорожного движения, рекомендуемая скорость, поворот, пункт назначения и т.п.

Звуковые оповещения так же можно отключить для необходимости.

При приближении к полицейским машинам, их радарам и камерам дорожного движения будет предупреждаться звуковым сигналом.

Так же всё происходящее движение будет записываться на камеру, что бы были доказательства при каких-либо конфликтах на дороге.

В каждое такое устройство будут в ведены личные данные авто: номер, марка, модель, владелец, страховка. Можно будет быстро находить и вычислять нужного для полиции человека [9].

Так же можно будет воспользоваться услугой "друзья" (платная). Сделать связь между автомобилями, что бы знать, где находить тот или иной участник дорожного движения, но лишь с его согласия в просмотре его движения.

Будет обладать такими же возможностями как GPS-навигатор: прокладывать маршрут, говорить, где повернуть и т.д.

Использоваться как MP3-плеер, проигрыватель различных радиостанций, аудиозаписей, просмотр фильмов. При воспроизведении звуковых сигналов дорожного движения звук проигрывателя будет затухать.

Каждый день на эти устройства будут поступать сигналы об угнанных и разыскиваемых автомобилях. Устройство считывающее номерные знаки с авто будет помогать найти их.

Схема работы системы и алгоритмы функционирования блоков представлены в приложении 2 и 3 [6].

Система охлаждения - Системы с элементами Пельтье.

Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока. В англоязычной литературе элементы Пельтье обозначаются TEC (от англ. Thermoelectric Cooler — термоэлектрический охладитель).

В основе работы элементов Пельтье лежит контакт двух токопроводящих материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока через контакт таких материалов, электрон должен приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. При протекании тока в обратном направлении происходит нагревание места контакта полупроводников, дополнительно к обычному тепловому эффекту.

При контакте металлов эффект Пельтье настолько мал, что незаметен на фоне омического нагрева и явлений теплопроводности. Поэтому при практическом применении используются контакт двух полупроводников.

Достоинством элемента Пельтье является небольшие размеры, отсутствие каких-либо движущихся частей, а также газов и жидкостей. При обращении направления тока возможно как охлаждение, так и нагревание — это даёт возможность термостатирования при температуре окружающей среды как выше, так и ниже температуры термостатирования. Также достоинством являются отсутствие механических частей и отсутствие шума.

Недостатком элемента Пельтье является более низкий коэффициент полезного действия, чем у компрессорных холодильных установок на фреоне, что ведёт к большой потребляемой мощности для достижения заметной разности температур. Несмотря на это, ведутся разработки по повышению теплового КПД, а элементы Пельтье нашли широкое применение в технике, так как без каких-либо дополнительных устройств можно реализовать температуры ниже 0 °C.

Основной проблемой в построении элементов Пельтье с высоким КПД является то, что свободные электроны в веществе являются одновременно переносчиками и электрического тока, и тепла. Материал для элемента Пельтье же должен одновременно обладать двумя взаимоисключающими свойствами - хорошо проводить электрический ток, но плохо проводить тепло.

Элементы Пельтье применяются в ситуациях, когда необходимо охлаждение с небольшой разницей температур, или энергетическая эффективность охладителя не важна. Например, элементы Пельтье применяются в ПЦР-амплификаторах, маленьких автомобильных холодильниках, так как применение компрессора в этом случае невозможно из-за ограниченных размеров, и, кроме того, необходимая мощность охлаждения невелика.

Кроме того, элементы Пельтье применяются для охлаждения устройств с зарядовой связью в цифровых фотокамерах. За счёт этого достигается заметное уменьшение теплового шума при длительных экспозициях (например в астрофотографии). Многоступенчатые элементы Пельтье применяются для охлаждения приёмников излучения в инфракрасных сенсорах.

Таким образом, можно сделать вывод: что разработано устройство, включающее в себя все необходимые для водителя функциональные возможности, требует установки одного устройства для которого уже при создании автомобиля предусмотрено место.

Заключение

В результате проведенной работы над исследовательским проектом создания «Системы дорожного анализатора с автоматической обработкой данных и звуковым оповещением»  выполнено следующее:

-  Проанализированы  методические показатели и характеристики существующих  систем  портативного сканирования данных, радаров и антирадаров, GPS-навигаторов и  автомобильных видеорегистраторов, позволяющие оценить эффективность применения существующих средств автоматической обработки данных и звукового оповещения;  

-  Проведено теоретическое исследование вопроса и проведен  анализ эффективности устройства и ценовой политики;

-  Создана  модель  прибора, включающего в себя функции ранее перечисленных систем с использованием перепрограммированного  микропроцессора;

-  Разработан  алгоритм анализа и обработки данных для получения результата цели проекта;

-  Составлены схемы: «Укрупненная схема устройства» и «Схема взаимодействия программного обеспечения с базами данных».

-  Составлена   мультимедийная   презентация  и буклет для  защиты исследовательского проекта.

Уровень проработки полученных результатов подтверждаются применением системного и оптимизационного подходов к построению схем устройства, а так же алгоритмов.

Таким образом, можно утверждать, что все поставленные задачи выполнены.

Список литературы, Internet-ресурсов

1. Микропроцессорные системы: Учебное пособие для вузов / Е. К. Александров, Р. И. Грушвицкий, М. С. Куприянов и др.; Под общ. ред. Д. В. Пузанкова. –  СПб.: Политехника, 2002. – 935 с.: ил.
2. Фрир Дж. Построение вычислительных систем на базе перспективных микропроцессоров /Пер. с англ. – М.: Мир, 1990. – 413 с.: ил.
3. А.И. Марченко, Л.А. Марченко Программирование в среде Turbo Pascal 7.0 Киев: «ВЕК+», 1999 г.
4. М. Канту, Т. Гуч Delphi. Руководство разработчика. Киев: «ВЕК+», 2001 г.
5. Бойко В.И. и др. Схемотехника электронных систем. Цифровые устройства.  – СПб.: BHV–Санкт -Петербург, 2004.
6. Грушвицкий Р.К. Проектирование систем на микросхемах программируемой логики.  – СПб.: BHV–Санкт-Петербург, 2003.
7. Кардашев Г.А. Виртуальная электроника. – М.: Телеком, 2002.
8. Карлащук Г.А. Электронная лаборатория на IBM PC.  – М.: СОЛОН-Р, 2001.
9. Медведев Б.Л., Пирогов Л.Г. Практическое пособие по цифровой схемотехнике.– М.: Мир, 2004.
10. http://scbist.com/zh-d-stati/13302-statya-schityvanie-informacii-s-podvizhnogo-sostava.html - считывание информации с подвижного состава.
11. http://ru.wikipedia.org/wiki/QR - QR-код
12. http://ru.wikipedia.org/wiki – Антирадар
13. http://ru.wikipedia.org/wiki/GPS - GPS-навигатор
14. http://ru.wikipedia.org/wiki - автомобильный видеорегистратор

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Схема устройства

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Блоки системы и их взаимосвязь

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Алгоритмы работы блоков системы

GPS-навигатор

1. Начало;
2. Если устройство активно тогда пункт 3, иначе пункт ОШИБКА ;
3. Если карта места есть в базе данных, то пункт 4, иначе пункт ОШИБКА ;
4. Получение данных со спутника ГЛОНАСС;
5. Поиск пользователя на карте;
6. Запоминание маршрута;
7. Сохранение маршрута на HDD;
8. Прокладывание разных маршрутов от точки А до точки Б;
9. Воспроизведение звуковых сигналов;
10. Отображение карты на дисплее;
11. Определение и выбор ближайшего;
12. Hands-Free-позволяет пользоваться сотовым телефоном, не занимая при этом руки; 
13. Использование Bluetooth;
14. ТВ-тюнер;
15. Навигаторы с GPRS-модулем загружают данные о пробках;
16. Конец.

MP3 и Радио

1. Начало
2. Если устройство «MP3» активно, тогда п.3
3. Если USB или часть HDD отвечающая за хранение медиа файлов активно, то п.4, иначе п.11
4. Считываем данные D
5. Если D=0, тогда выдать ошибку: «Нет файлов», иначе п.6
6. Сканирование и нахождение на дисках аудио- и видеофайлов, при отсутствии выдать ошибку: «Нет файлов», при нахождении п.7
7. Поиск: при нахождении воспроизвести, при отсутствии выдать ошибку: «Нет файла» - и выбор файла
8. Воспроизведение
9. При желании пользователя можно: перемотать, включить следующее, приостановить
10. После воспроизведения файла в зависимости от выбора пользователя можно: включить следующее, вперемешку, повторить
11. Все звуки передаются модулю «Звуковые оповещения»
12. Все действия транслируются на экране дисплея
13. Если пользователь решил отключить воспроизведение медиа файлов, то поставить в режим ожидания или отключить воспроизведение
14. Далее выключение MP3
15. Если устройство «Радио» активно, тогда п.16
16. Поиск радиостанций или поиск записанных в память радиостанций
17. Воспроизведение
18. Звук передается модулю «Звуковые оповещения»
19. Все действия транслируются на экране дисплея
20. Если пользователь решил отключить воспроизведение радио, то поставить в режим ожидания или отключить воспроизведение
21. Далее выключение Радио
22. Конец

Антирадар

1. Начало;
2. Если устройство активно тогда пункт 3, иначе пункт ОШИБКА;
3. Если специализированный радиоприёмник, обнаруживает работу полицейского радара, то пункт 4, иначе пункт ОШИБКА;
4. Предупреждение  водителя о том, что инспектор ДПС инструментально следит за соблюдением Правил дорожного движения.
5. Реагирование на помехи.
6. Предупреждение водителя о приближении к посту ДПС либо к машине ДПСника ;
7. Воспроизведение звуковых сигналов;
8. Световой сигнал;
9. При отдалении от машины ДПС звуковые и световые сигналы перестают реагировать;
10. Позволяет избежать штрафов водителю, а так же неприятных ситуаций;
11. Конец.

Алгоритм по Видиорегистратору.

1. Начало;

2. Если устройство активно пункт 3, иначе пункт 15 ;

3. Если камера исправна пункт 4, иначе пункт 15 ;

4. Автоматическое включение камеры при включение двигателя;

5. Воспроизведение того, что снимает камера на дисплее;

6. Запись видео HDD;

7. Резервное копирование данных;

8. Просмотр записанного видео с помощью программы;

9. Возможность подключения к ним любого компьютера для дистанционного просмотра и записи;

10. Сохранение даты и время съёмки;

11. Наличие микрофона для записи звука;

12. Автоматическое удаление старых файлов и сохранение новых материалов;

13. Датчик движения;

14. Автоматическое выключение камеры при прекращение работы двигателя;

15. Ошибка;

16. Конец.

Запись и хранение данных на HDD

1. Начало
2. Передача и хранение данных модулям «MP3 проигрыватель с радио и видео», «ПДД»
3. Запись данных с модуля «Видеорегистратор»
4. Хранение и передача знаков ПДД
5. Конец

Звуковые оповещения

1. Начало;
2. Если функция активна пункт 3, иначе пункт 7;
3. Звуковое оповещение с модуль «Антирадара»;
4. Звуковое оповещение с модуль « МР3 проигрыватель с радио и видео»;
5. Звуковое оповещение с модуль « Считывание знаков ПДД»;
6. Звуковое оповещение с модуль « GPS- навигатор»;
7. ОШИБКА;
8. Конец.

                                               Услуга друзья

1. Начало
2. Оплата услуги в размере 200 рублей в год;
3. Если услуга подключена, то пункт 4, иначе ошибка «Услуга не подключена»;
4. Загрузка данных автомобилей внесённых  список контактов;
5. Согласие другого участника о слежении за его движением;
6. Загрузка карты на экран;
7. Нахождение этих автомобилей на картах;
8. Если автомобиль друга потерялся на данном участке дороги, вы можете помочь ему;
9. Если же друг находится вдали от места расположения вашего автомобиля ,например в другом городе, то вы всё равно будете видеть его на данном участке карты и вы сможете позвонить ему с сотового телефона.
10. Если же вдруг ваша услуга перестала работать,значит на вашем счёте закончились деньги и вам нужно  заплатить сумму указанную в размере 200 рублей;
11. Если же вы не хотите использовать нашу услугу, то вы в праве не платить эту сумму, указанную в пункте 2. Счёт  будет аннулирован  после срока истечения действия услуги, и она автоматически отключится.
12. Конец.

Считывание знаков ПДД

1. Начало
2. Если устройство считывания знаков ПДД активно, то п.3, иначе выдать ошибку «не подключено»
3. Сканирование в области расположения знака ПДД по виду и по чипу
4. Обработка полученных данных
5. Звуковое оповещение о приближении какого-либо знака ПДД
6. Если знак об ограничении скорости, то п.7, иначе п.8
7. Оповещение «Уменьшите скорость»
8. Если знак о дорожном переходе или осторожно дети, то п.9, иначе п.10
9. Оповещение «Внимание, возможны пешеходы»
10. Если знак о каком-либо препятствие на дороге, то п.11, иначе п.12
11. Оповещение «осторожно, препятствие на дороге»
12. Если знак о возможных зверях на дороге, то п.13, иначе п.14
13. Оповещение «осторожно звери»
14. Если проезд запрещен, то п.15, иначе п.16
15. Оповещение «Запрет проезда»
16. Если проезд только лишь, в какую то сторону, то п.17, иначе п.18
17. Оповещение о проезде в какую-либо сторону
18. При выключении отключить сканер
19. Конец

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Анализ цены, технических и габаритных характеристик