Rekonstrukce a řízení laboratorní úlohy "Batyskaf"

Ing. David Vítovský

Bachelor's thesis

Reconstruction and control of the "Bathyscaphe" lab station

Abstract:

Tato bakalářská práce se věnuje rekonstrukci laboratorní úlohy "Batyskaf". Je navrhnuta elektronika pomocí programu Eagle. Elektronika laboratorní úlohy řeší stabilizaci napětí stabilizátorem, zpracovává informace ultrazvukového senzoru DIO570 pomocí rozhraní RS-232 a TTL sériové linky, řeší zpracování údaje z tlakového snímače PX72, převádí nastavované analogové napětí 5 V na 3,3 V pro procesor pomocí odporového můstku a operačního zesilovače, zesiluje napětí z 3,3 V na 5 V, ovládá dvě modelářská serva pomocí mikroprocesoru zabudovaném ve vývojovém kitu Arduino Due. Vývojový kit zpracovává informace a převádí je na jinou formu, např. informaci o vzdálenosti v podobě řetězce znaků převede na analogovou úroveň. Procesor řídí servomotory pulzně šířkovou modulací. Pro procesor ve vývojovém kitu je napsán program v prostředí Arduino IDE. Celá úloha je řízena z počítače v prostředí Matlab-Simulink. Jsou vytvořena schémata pro demonstraci řízení, kde je využit PID, dvoupolohový a čtyřpolohový regulátor. Funkce laboratorní úlohy je matematicky popsána diferenciální rovnicí. Z diferenciální rovnice byl vytvořen model úlohy. V práci jsou rozebrány jednotlivé prvky úlohy, její funkce a údržba. Jsou také vysvětleny některé základy jazyka využitého v prostředí Arduino IDE. Reálný systém je porovnán s modelem pomocí impulzní odezvy.

Abstract:

This bachelor thesis deals to reconstruction of the "Bathyscaphe" lab station. The electronics is designed using the Eagle programme. The electronics of the lab station handles stabilization of the voltage by the stabilizer, processes information from a DIO 570 ultrasonic sensor in the form of RS-232 and TTL serial interface. The electronics solves the processing of the datum from PX72 pressure sensor, converts the setting analogue voltage from 5 V to 3.3 V for the processor using the resistor bridge and the operational amplifier. Next the electronics intensifies the voltage from 3.3 V to 5 V, controls two model servos using the microprocessor in a development kit Arduino Due. This development kit processes information and converts them to another form, for example information about distance in the form of the characters string converts to the analogue level. The processor controls servomotors by the pulse width modulation. The programme for the processor in the development kit is written in the Arduino IDE environment. Whole lab station is controlled by the computer from the Matlab-Simulink environment. There are created schemas for demonstration of controlling, where is used PID, two-state and four-state controller. The function of the lab station is mathematically described in the differential equation. Model of the lab station was created from this differential equation. In the thesis are described each of the lab station´s elements, the function of the lab station and its upkeep. There are explained some basics of the language used in the Arduino IDE environment. Real system is compared with model using impulse response.

Keywords

laboratorní úloha, batyskaf, regulace, Arduino Due, Matlab-Simulink

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 5. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 17. 6. 2015
• Supervisor: Ing. Petr Školník, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechatronics, Informatics and Interdisciplinary Studies

Bachelor programme / field:
Electrical Engineering and Informatics / Electronic Information and Control Systems