Для чего нужен ОрбиКрафт
Подсистемы конструктора
Инструкции по работе с ОрбиКрафт
Уроки
Лабораторная оснастка
Знакомство с Arduino
Полезная нагрузка на базе Arduino
Обратная связь
Новости
Для чего нужен ОрбиКрафт
Подсистемы конструктора
Инструкции по работе с ОрбиКрафт
Уроки
Лабораторная оснастка
Знакомство с Arduino
Полезная нагрузка на базе Arduino
Обратная связь
Новости
Это старая версия документа!
Установите в смартфон приложение Andro sensor или аналогичное приложение с выводом на экран информации со встроенных датчиков смартфона. Запустите приложение и найдите датчик освещенности под названием LIGHT.
Освещенность изменяется в люксах (lux), один люкс – это равен освещённости поверхности площадью 1 м² при световом потоке падающего на неё излучения, равном 1 люмен. Соответственно, выполнятся: 1 лк = 1 лм/м2.
Один люмен равен световому потоку, испускаемому точечным источником, c силой света, равной одной канделе, в телесный угол величиной в один стерадиан.
Полный световой поток, создаваемый точечным источником, с силой света одна кандела, равен 4π люменам. Кандела – это сила света, энергетическая сила которого составляет 1/683 Вт/стерадиан. Сила света, излучаемого парафиновой свечой, близка к одной канделе.
Требования к освещению на рабочих местах, оборудованных ПЭВМ согласно СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03: Освещенность на рабочем столе: 300-500 лк Освещенность на экране ПЭВМ: не выше 300лк
Соедините БКУ с СЭП и четырьмя солнечными датчиками. Загрузите в БКУ следующую программу, которая выведет значения, считанные с солнечных датчиков.
Код на Python.
def control(): # Основная функция программы, в которой нужно вызывать остальные функции sun_result = [0,0,0] # Инициализируем sun_result num = 1 print "Enable sun sensor №", num sun_sensor_turn_on(num) sleep(1) print "Get RAW data from sun sensor" for i in range(10): sun_result = sun_sensor_request_raw(num) if not sun_result[0]: # если датчик вернул сообщение об ошибке, print "state:", sun_result[0], "raw =", sun_result[1], \ sun_result[2] elif sun_result[0] == 1: print "Fail because of access error, check the connection" elif sun_result[0] == 2: print "Fail because of interface error, check your code" sleep(1) print "Disable sun sensor №", num sun_sensor_turn_off(num)
Код на С.
#include <stdio.h> #include <stdint.h> #include "libschsat.h" #define LSS_OK 0 #define LSS_ERROR 1 #define LSS_BREAK 2 int control(){ //Основная функция программы uint16_t sun_result[] = {0, 0, 0}; // инициализируем sun_result uint16_t num = 1; // номер солнечного датчика printf("Enable sun sensor №%d\n", num); sun_sensor_turn_on(num); //включаем датчик Sleep(1); //Ждем включения 1 секунду printf("Get RAW data from sun sensor №%d\n", num); int i; for (i = 0; i < 10; i++) //считываем показаия 10 раз { sun_result[0] = sun_sensor_request_raw(num,& sun_result[1],& sun_result[2]);/*проверить как работает, очень странно, что работает если не работает задать sun_result[0] */ if (!sun_result[0]){ //если датчик не вернул сообщение об ошибке, printf("state: %d raw = %d, %d\n", i, sun_result[1], sun_result[2]); } else if (sun_result[0] == 1) { //если датчик вернул сообщение об ошибке 1 printf("Fail because of access error, check the connection\n"); } else if (sun_result[0] == 2) { //если датчик вернул сообщение об ошибке 2 printf("Fail because of interface error, check you code\n"); } Sleep(1); //показания считываются раз в секунду } printf("Disable sun sensor №%d\n", num); sun_sensor_turn_off(num); //выключаем солнечный датчик return 0; }
Запустите программу, при комнатном освещении значения датчиков будут находится в диапазоне от 70 до 300. Направьте на датчики свет от имитатора солнца – теперь значения будут изменяться от 70 до 20000.
Установите на верхнюю панель Орбикрафт ДУС и магнитометр, и 4 солнечных датчика на 4 стороны Орбикрафта. Солнечные датчики установите перевернутыми, чтобы шлейфы не закрывали окно датчика.
Загрузите в БКУ следующую программу.
Код на Python.
import time import math #!/usr/bin/env python # -*- coding: utf-8 -*- # Коэффициент дифференциальной обратной связи. # Коэффициент подбирается экспериментально в зависимости от формы # и массы вашего спутника. kd = 200.0 # Временной шаг работы алгоритма, с time_step = 0.05 # Целевая угловая скорость спутника, град/с. # Для режима стабилизации равна 0.0. omega_goal = 0.0 # Максимально допустимая скорость маховика, об/мин mtr_max_speed = 5000 # Номер маховика mtr_num = 1 # Номер ДУС (датчика угловой скорости) hyr_num = 1 # Номер магнитометра mag_num = 1 # Номер результата измерений i = 1 # Угол поворота текущий alpha = 0.0 # Функция включает все приборы, # которые будут использоваться в основной программе. def initialize_all(): print "Enable angular velocity sensor №", hyr_num hyro_turn_on(hyr_num) sleep(1) print "Enable magnetometer", mag_num magnetometer_turn_on(mag_num) sleep(1) # Ждем включения 1 секунду print "Enable Sun sensors 1-4" sun_sensor_turn_on(1) sun_sensor_turn_on(2) sun_sensor_turn_on(3) sun_sensor_turn_on(4) sleep(1) print "Enable motor №", mtr_num motor_turn_on(mtr_num) sleep(1) # Функция отключает все приборы, # которые будут использоваться в основной программе. def switch_off_all(): print "Finishing..." hyro_turn_off(hyr_num) magnetometer_turn_off(mag_num) sun_sensor_turn_off(1) sun_sensor_turn_off(2) sun_sensor_turn_off(3) sun_sensor_turn_off(4) motor_set_speed(mtr_num, 0) sleep(1) motor_turn_off(mtr_num) print "Finish program" def mag_calibrated(magx,magy,magz): # вместо этих 3-х строк кода с коэффициентами калибровки, должны быть строки с коэффициентами калибровки для Вашего магнитометра #magx_cal = 1.04*magx - 0.26*magy + 0.05*magz - 68.76 # это 1-я строчка, которую нужно заменить по результатам калибровки Вашего магнитометра #magy_cal = 0.24*magx + 1.04*magy + 0.29*magz + 256.92 # это 2-я строчка, которую нужно заменить по результатам калибровки Вашего магнитометра #magz_cal = -0.09*magx - 0.19*magy + 0.77*magz + 159.41 # это 3-я строчка, которую нужно заменить по результатам калибровки Вашего магнитометра magx_cal = 1.06*(magx + -7.49) + -0.01*(magy + -23.59) + 0.07*(magz + -108.24) magy_cal = -0.01*(magx + -7.49) + 1.11*(magy + -23.59) + 0.09*(magz + -108.24) magz_cal = 0.07*(magx + -7.49) + 0.09*(magy + -23.59) + 1.00*(magz + -108.24) return magx_cal, magy_cal, magz_cal # Функции для определение новой скорости маховика. # Новая скорость маховика складывается из # текущей скорости маховика и приращения скорости. # Приращение скорости пропорционально ошибке по углу # и ошибке по угловой скорости. # mtr_speed - текущая угловая скорость маховика, об/мин # omega - текущая угловая скорость спутника, град/с # omega_goal - целевая угловая скорость спутника, град/с # mtr_new_speed - требуемая угловая скорость маховика, об/мин def motor_new_speed_PD(mtr_speed, omega, omega_goal): mtr_new_speed = int(mtr_speed + kd*(omega-omega_goal) ) if mtr_new_speed > mtr_max_speed: mtr_new_speed = mtr_max_speed elif mtr_new_speed < -mtr_max_speed: mtr_new_speed = -mtr_max_speed return mtr_new_speed # Основная функция программы, в которой вызываются остальные функции. def control(): omega_goal = 0 # omega_goal - целевая угловая скорость спутника, град/с initialize_all() # Инициализируем статус маховика mtr_state = 0 # Инициализируем статус ДУС hyro_state = 0 sun_sensor_num = 0 # Инициализируем переменную для номера солнечного датчика sun_result_1 = [0,0,0] # Инициализируем sun_result_1 sun_result_2 = [0,0,0] # Инициализируем sun_result_2 sun_result_3 = [0,0,0] # Инициализируем sun_result_3 sun_result_4 = [0,0,0] # Инициализируем sun_result_4 mag_alpha = 0 output_data_all = [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0] output_data = [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0] # Номер результата измерений i = 0 # Запоминаем время начала вращения time_start = time.time() # Запоминаем время начала секундного интервала time_interval = time.time() # Интервал вывода данных с солнечных датчиков в секундах time_output = 0.1 while True: # Опрос датчика угловой скорости и маховика. hyro_state, gx_raw, gy_raw, gz_raw = hyro_request_raw(hyr_num) mtr_state, mtr_speed = motor_request_speed(mtr_num) mag_state, magx_raw, magy_raw, magz_raw = magnetometer_request_raw(mag_num) # Обработка показаний датчика угловой скорости, # вычисление угловой скорости спутника по показаниям ДУС. # Если код ошибки ДУС равен 0, т.е. ошибки нет if not hyro_state: gx_degs = gx_raw * 0.00875 gy_degs = gy_raw * 0.00875 gz_degs = gz_raw * 0.00875 # если ДУС установлен осью z вверх, то угловая скорость # спутника совпадает с показаниями ДУС по оси z, иначе # необходимо изменить знак: omega = - gz_degs omega = gz_degs elif hyro_state == 1: print "Fail because of access error, check the connection" elif hyro_state == 2: print "Fail because of interface error, check your code" #Обработка показаний маховика и установка трубемой угловой скорости. if not mtr_state: # если код ошибки 0, т.е. ошибки нет # установка новой скорости маховика mtr_new_speed = motor_new_speed_PD(mtr_speed,omega,omega_goal) motor_set_speed(mtr_num, mtr_new_speed) time.sleep(time_step) time_current = time.time() - time_start if not mag_state: # если магнитометр вернул код ошибки 0, т.е. ошибки нет magx_cal, magy_cal, magz_cal = mag_calibrated(magx_raw,magy_raw,magz_raw) magy_cal = - magy_cal # переходим из левой системы координат, которая изображена на магнитометре в правую, для того чтобы положительное направление угла было против часовой стрелки mag_alpha = math.atan2(magy_cal, magx_cal)/math.pi*180 if (time.time() - time_interval) > time_output: # Запоминаем время начала следующего секундного интервала time_interval = time.time() sun_result_1 = sun_sensor_request_raw(1) sun_result_2 = sun_sensor_request_raw(2) sun_result_3 = sun_sensor_request_raw(3) sun_result_4 = sun_sensor_request_raw(4) #print sun_result_1, sun_result_2, sun_result_3, sun_result_4, mag_alpha, time_current output_data = [time_current, sun_result_1[1], sun_result_1[2], sun_result_2[1], sun_result_2[2], sun_result_3[1], sun_result_3[2], sun_result_4[1], sun_result_4[2], mag_alpha] output_data_all += output_data if i > 100: # Начинаем вращение через 5с после запуска omega_goal = 6.0 # omega_goal - целевая угловая скорость спутника, град/с if time_current > 90: break i += 1 switch_off_all() print "time_end = " , time.time() - time_start for i in range(0, 5000, 10): print output_data_all[i-1], output_data_all[i], output_data_all[i+1], output_data_all[i+2], output_data_all[i+3], output_data_all[i+4], output_data_all[i+5], output_data_all[i+6], output_data_all[i+7], output_data_all[i+8]
Код на С.
#include <stdio.h> #include <stdint.h> #include "libschsat.h" #define LSS_OK 0 #define LSS_ERROR 1 #define LSS_BREAK 2 #include <math.h> #include <time.h> /*Коэффициент дифференциальной обратной связи. Коэффициент положительный, если маховик расположен осью z вверх и ДУС расположен осью z также вверх. Коэффициент подбирается экспериментально в зависимости от формы и массы вашего спутника.*/ const float kd = 200.0; // Временной шаг работы алгоритма, с const float time_step = 0.1; /* Целевая угловая скорость спутника, град/с. Для режима стабилизации равна 0.0.*/ const float omega_goal = 0.0; // Максимально допустимая скорость маховика, об/мин const int mtr_max_speed = 5000; const uint16_t mtr_num = 1; // Номер маховика const uint16_t hyr_num = 1; // Номер ДУС const uint16_t mag_num = 1; //Номер магнитометра // Номер результата измерений int i = 1; // Угол поворота текущий const float alpha = 0.0; void initialize_all(void){/* Функция включает все приборы, которые будут использоваться в основной программе.*/ printf("Enable angular velocity sensor №%d\n", hyr_num); hyro_turn_on(hyr_num); Sleep(1); printf("Enable magnetometer %d\n", mag_num); magnetometer_turn_on(mag_num); Sleep(1); // Ждем включения 1 секунду printf("Enable Sun sensors 1-4\n"); sun_sensor_turn_on(1); sun_sensor_turn_on(2); sun_sensor_turn_on(3); sun_sensor_turn_on(4); Sleep(1); printf("Enable motor №%d\n", mtr_num); motor_turn_on(mtr_num); Sleep(1); } void switch_off_all(void){/* Функция отключает все приборы, которые будут использоваться в основной программе.*/ printf("Finishing..."); int16_t new_speed = 0; hyro_turn_off(hyr_num); magnetometer_turn_off(mag_num); sun_sensor_turn_off(1); sun_sensor_turn_off(2); sun_sensor_turn_off(3); sun_sensor_turn_off(4); motor_set_speed(mtr_num, 0, &new_speed); Sleep(1); motor_turn_off(mtr_num); printf("\nFinish program\n"); } int mag_calibrated(int16_t *magx, int16_t *magy, int16_t *magz ){ /*Функция mag_calibrated вносит поправки в показания магнитометра с учетом калибровочных коэффициентов вместо этих 3-х строк кода с коэффициентами калибровки, должны быть строки с коэффициентами калибровки для Вашего магнитометра //magx_cal = 1.04*magx - 0.26*magy + 0.05*magz - 68.76 # это 1-я строчка, которую нужно заменить по результатам калибровки Вашего магнитометра //magy_cal = 0.24*magx + 1.04*magy + 0.29*magz + 256.92 # это 2-я строчка, которую нужно заменить по результатам калибровки Вашего магнитометра //magz_cal = -0.09*magx - 0.19*magy + 0.77*magz + 159.41 # это 3-я строчка, которую нужно заменить по результатам калибровки Вашего магнитометра*/ float magx_cal; float magy_cal; float magz_cal; magx_cal = 1.06*(*magx + -7.49) + -0.01*(*magy + -23.59) + 0.07*(*magz + -108.24); magy_cal = -0.01*(*magx + -7.49) + 1.11*(*magy + -23.59) + 0.09*(*magz + -108.24); magz_cal = 0.07*(*magx + -7.49) + 0.09*(*magy + -23.59) + 1.00*(*magz + -108.24); *magx = magx_cal; *magy = magy_cal; *magz = magz_cal; return 0; } int motor_new_speed_PD(int mtr_speed, float omega, int16_t omega_goal){ /* Функция для определения новой скорости маховика. Новая скорость маховика складывается из текущей скорости маховика и приращения скорости. Приращение скорости пропорционально ошибке по углу и ошибке по угловой скорости. mtr_speed - текущая угловая скорость маховика, об/мин omega - текущая угловая скорость спутника, град/с omega_goal - целевая угловая скорость спутника, град/с mtr_new_speed - требуемая угловая скорость маховика, об/мин*/ int16_t mtr_new_speed; mtr_new_speed = (int)(mtr_speed + kd * (omega - omega_goal)); if (mtr_new_speed > mtr_max_speed) { mtr_new_speed = mtr_max_speed; } else if (mtr_new_speed < -mtr_max_speed) { mtr_new_speed = -mtr_max_speed; } return mtr_new_speed; } int control(){// Основная функция программы, в которой вызываются остальные функции. int16_t omega; int omega_goal = 0; // omega_goal - целевая угловая скорость спутника, град/с initialize_all(); int mtr_state = 0; // Инициализируем статус маховика int hyro_state = 0; // Инициализируем статус ДУС int mag_state = 0; // Инициализируем статус магнитометра int16_t mtr_speed; int16_t mtr_new_speed; //данные ДУС int16_t gx_raw; int16_t gy_raw; int16_t gz_raw; int16_t *hyrox_raw=&gx_raw; int16_t *hyroy_raw= &gy_raw; int16_t *hyroz_raw = &gz_raw; //данные магнитометра int16_t mgx_cal=0; int16_t mgy_cal=0; int16_t mgz_cal=0; int16_t *magx_raw = &mgx_cal; int16_t *magy_raw = &mgy_cal; int16_t *magz_raw = &mgz_cal; float gx_degs; float gy_degs; float gz_degs; uint16_t sun_result_1[] = {0,0,0}; // Инициализируем sun_result_1 uint16_t sun_result_2[] = {0,0,0}; // Инициализируем sun_result_2 uint16_t sun_result_3[] = {0,0,0}; // Инициализируем sun_result_3 uint16_t sun_result_4[] = {0,0,0}; // Инициализируем sun_result_4 int mag_alpha = 0; const int sizeOD = 10; int sizeODA = 0; int tempSODA; // double* output_data = (double*)calloc(sizeOD, sizeof(double)); double* output_data_all = (double*)calloc(sizeODA, sizeof(double)); // Номер результата измерений int i = 0; // Запоминаем время начала вращения long int time_start = time(NULL); // Запоминаем время начала секундного интервала long int time_interval = time(NULL); // Интервал вывода данных с солнечных датчиков в секундах int time_output = 0.1; int j; char a=1; while (a==1){ // Опрос датчика угловой скорости и маховика. hyro_state = hyro_request_raw(hyr_num,hyrox_raw,hyroy_raw,hyroz_raw); mtr_state = motor_request_speed(mtr_num, &mtr_speed); mag_state = magnetometer_request_raw(mag_num, magx_raw, magy_raw, magz_raw); if (!hyro_state){ /*Обработка показаний датчика угловой скорости, вычисление угловой скорости спутника по показаниям ДУС. Если код ошибки ДУС равен 0, т.е. ошибки нет*/ gx_degs = gx_raw * 0.00875; gy_degs = gy_raw * 0.00875; gz_degs = gz_raw * 0.00875; /* если ДУС установлен осью z вверх, то угловая скорость спутника совпадает с показаниями ДУС по оси z, иначе необходимо изменить знак: omega = - gz_degs*/ omega = gz_degs; // printf("gx_degs=%f, gy_degs=%f, gz_degs=%f\n", gx_degs, gy_degs, gz_degs);//ну так на всякий } else if (hyro_state == 1){ printf("Fail because of access error, check the connection\n"); } else if (hyro_state == 2) { printf("Fail because of interface error, check your code\n"); } //Обработка показаний маховика и установка требуемой угловой скорости. if (!mtr_state) {// если код ошибки 0, т.е. ошибки нет int16_t mtr_speed=0; motor_request_speed(mtr_num, &mtr_speed); // printf("Motor_speed: %d\n", mtr_speed); // установка новой скорости маховика mtr_new_speed = motor_new_speed_PD(mtr_speed,omega,omega_goal); motor_set_speed(mtr_num, mtr_new_speed, &omega); } Sleep(time_step); long int time_current = time(NULL) - time_start; if (!mag_state){ mag_calibrated(magx_raw,magy_raw,magz_raw); *magy_raw = - *magy_raw; /*переходим из левой системы координат, которая изображена на магнитометре в правую, для того чтобы положительное направление угла было против часовой стрелки*/ mag_alpha = atan2(mgy_cal, mgx_cal)/M_PI*180; } if ((time(NULL) - time_interval) > time_output){ // Запоминаем время начала следующего секундного интервала time_interval = time(NULL); sun_result_1[0] = sun_sensor_request_raw(1, &sun_result_1[1],&sun_result_1[2]); sun_result_2[0] = sun_sensor_request_raw(2,&sun_result_2[1],&sun_result_2[2]); sun_result_3[0] = sun_sensor_request_raw(3,&sun_result_3[1],&sun_result_3[2]); sun_result_4[0] = sun_sensor_request_raw(4,&sun_result_4[1],&sun_result_4[2]); int output_data[] = {time_current, sun_result_1[1], sun_result_1[2], sun_result_2[1], sun_result_2[2], sun_result_3[1], sun_result_3[2], sun_result_4[1], sun_result_4[2], mag_alpha}; tempSODA = sizeODA; sizeODA += sizeOD; output_data_all = (double*)realloc(output_data_all, sizeODA*sizeof(double)); for (j=tempSODA; j<sizeODA; j++) { output_data_all[j] = output_data[j-sizeODA+1]; } } if (i > 100){ // Начинаем вращение через 5с после запуска omega_goal = 6.0; // omega_goal - целевая угловая скорость спутника, град/с } if (time_current > 90){ break; } i += 1; } switch_off_all(); printf("time_end = %ld" , time(NULL) - time_start); for (i = 0; i < 5000; i = i + 10){ printf("%f, %f, %f, %f, %f, %f, %f, %f, %f, %f\n",output_data_all[i], output_data_all[i+1], output_data_all[i+2], output_data_all[i+3], output_data_all[i+4], output_data_all[i+5], output_data_all[i+6], output_data_all[i+7], output_data_all[i+8], output_data_all[i+9]); } printf ("Ok\n"); return 0; }
По результатам работы программы будут выведены 500 строк с данными следующего вида:
onmessage0.132400989532 74 117 27 25 156 214 156 61 -34.6566118491 onmessage0.281419992447 74 116 27 25 156 215 156 61 -34.555539497 onmessage0.438189029694 74 116 27 25 156 214 156 61 -33.6820711721 onmessage0.585952043533 74 116 27 25 156 215 156 61 -34.6566118491 onmessage0.733724832535 74 116 27 25 156 214 156 61 -33.6705914701 onmessage0.88149189949 74 117 27 25 156 214 156 61 -33.7733709383 onmessage1.02926301956 74 117 27 25 156 214 156 61 -33.6745869595 onmessage1.1782848835 74 117 27 25 156 214 156 61 -33.4062495287 onmessage1.32730197906 74 117 27 25 156 214 156 61 -33.2488503276 onmessage1.47507381439 74 117 27 25 156 214 156 61 -33.8923918648
Где первое значение - время с начала измерений, два следующих – данные с первого солнечного датчика, следующие два значения со второго солнечного датчика, следующие два с третьего и с четвертого. Десятое значение – показания магнетометра (угол поворота Орбикрафт относительно направления на магнитный полюс). Для анализа полученных данных следует скопировать их из браузера (выбрав с помощью Ctrl-A и скопировав с помощью Ctrl-С) и сохранить в новом текстовом документе в Notepad++ (вставка с помощью (Ctrl-V). Затем следует очистить их от служебной информации в начале и в конце файла. Часто встречающееся служебное слово onmessage следует удалить с помощью функции замены Notepad++. Нажмите на клавиатуре Ctrl-H, введите в поле «Найти» onmessage, поле «Заменить на» оставьте пустым и нажмите на «Заменить все» или «Заменить во всех открытых документах».
Сохраните очищенный документ в txt файле. Теперь его можно проанализировать в Excel.