ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. «Σχεδίαση και ανάπτυξη συστήματος αναγνώρισης χρώματος και διαχωρισμού αντικειμένων»

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «Σχεδίαση και ανάπτυξη συστήματος αναγνώρισης χρώματος και διαχωρισμού αντικειμένων» Εκπονήθηκε από τους: Μάριος Τσορμπατζίδης Α.Ε.Μ: 2144 Γεώργιος Παπαδημητρίου Α.Ε.Μ:2143 Επιβλέπων καθηγητής: Δρ. Πογαρίδης Δημήτριος Καβάλα 2013

2 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Πτυχιακή Εργασία «Σχεδίαση και ανάπτυξη συστήματος αναγνώρισης χρώματος και διαχωρισμού αντικειμένων» Εκπονήθηκε από τους: Μάριος Τσορμπατζίδης Α.Ε.Μ: 2144 Γεώργιος Παπαδημητρίου Α.Ε.Μ:2143 Επιβλέπων καθηγητής: Δρ. Πογαρίδης Δημήτριος Καβάλα

3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η παρούσα πτυχιακή εργασία έχει ως σκοπό την σχεδίαση και υλοποίηση ενός συστήματος, το οποίο θα μπορεί να μετακινεί κάποια αντικείμενα με σκοπό την αναγνώριση του χρωμάτων τους, στην συνέχεια θα διαχωρίζει τα συγκεκριμένα αντικείμενα βάση του χρώματος τους σε διαφορετικό αποθηκευτικό χώρο και τελικός θα έχει την δυνατότητα να μας ενημερώνει πόσα αντικείμενα του κάθε χρώματος έχουν αποθηκευτεί. Η κατασκευή αυτή έχει ως σκοπό την δημιουργία αυτοματοποιημένων λειτουργιών, με στόχο την σωστή καταμέτρηση αλλά και των διαχωρισμό των αντικειμένων στον τομέα της βιομηχανίας ώστε να επιτύχουμε ένα ακριβές και γρήγορο αποτέλεσμα. Το σύστημα αυτό υλοποιήθηκε με την χρήση Mindstorm NXT EV3, και η γλώσσα προγραμματισμού που χρησιμοποιήθηκε ήταν η Labview. Το λειτουργικό σύστημα που αναπτύχτηκε ήταν Microsoft Windows 7 Professional 32bit. Η υλοποίηση που έγινε με την παρούσα πτυχιακή εργασία κατέληξε σε ένα συμπέρασμα, το οποίο ανταποκρίνεται ικανοποιητικά σε όλες τις απαιτήσεις που είχαν αρχικά εξαχθεί. 3

4 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η συγκεκριμένη πτυχιακή εργασία αφορά την σχεδίαση και υλοποίηση ενός αυτοματοποιημένου συστήματος αναγνώρισης και διαχωρισμού αντικειμένων. Εκπονήθηκε από τους Τσορμπατζίδη Μάριο και Παπαδημητρίου Γεώργιο στο πλαίσιο των προπτυχιακών σπουδών που πραγματοποιήθηκαν στο τμήμα Βιομηχανικής Πληροφορικής στο Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Καβάλας. Διαβάζοντας αυτήν την πτυχιακή εργασία ο αναγνώστης θα λάβει πληροφορίες για τα προϊόντα και εργασίες που υπάρχουν στο χώρο της αναγνώρισης αντικειμένων, καθώς επίσης θα λάβει λεπτομερή ενημέρωση για το ζήτημα με το οποίο ασχολείται η πτυχιακή εργασία, για της δυσκολίες που συναντήθηκαν κατά την διάρκεια εκπόνησης της, πληροφορίες για το υλικό μέρος του κατασκευάσματος και τέλος ολόκληρη την τεκμηρίωση που συνοδεύει το έργο. Η πτυχιακή εργασία αυτή χαρακτηρίζεται ως το απόσταγμα όλων εκείνων γνώσεων που αποκομίσθηκαν κατά την διάρκεια των σπουδών στο τμήμα Βιομηχανικής Πληροφορικής. Έτσι όλα τα παραπάνω μαζί με διεξοδική έρευνα, ισχυρή θέληση, αρκετή όρεξη για δουλεία και όραμα οδήγησαν στο να δημιουργηθεί το σύστημα αυτό το οποίο ωρίμασε μέσα σε έξι μήνες για να έχουμε το παρόν αποτέλεσμα. 4

5 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε τον επιβλέπων καθηγητή μας Δρ. Πογαρίδη Δημήτριο για την εμπιστοσύνη που έδειξε στην ιδέα μας καθώς και για την υπομονή που έκανε κατά την διάρκεια υλοποίησης της πτυχιακής εργασίας. Τέλος θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε τους γονείς μας οι οποίοι μας στήριξαν με διάφορους τρόπους φροντίζοντας για την καλύτερη δυνατή μόρφωση μας. 5

6 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ...3 ΠΡΟΛΟΓΟΣ...4 ΕΥΧΑΡΙΣΤΊΕΣ..5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ...6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΠΕΡΙΗΓΗΣΗ.8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΕΜΒΑΘΥΝΟΝΤΑΣ ΤΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ Η ΛΥΣΗ ΣΥΝΑΦΗ ΠΡΟΙΟΝΤΑ ΠΕΡΙ mindstorm ΓΕΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΑΙΣΘΗΤΗΡΑ ΧΡΩΜΑΤΟΣ..19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΠΩΣ ΘΑ ΗΤΑΝ ΤΟ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟ ΜΕΓΕΘΟΣ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟΙ / ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΙ ΚΑΙ ΒΗΜΑΤΙΚΟΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΑΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΤΡΙΦΑΣΙΚΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ ΕΚΚΙΝΗΣΗ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΕΝΟΥ ΔΡΟΜΕΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ EV3 Motors (Κινητήρες EV3) ΑΙΣΘΗΤΗΡΑΣ ΧΡΩΜΑΤΟΣ ΤΟ RGB ΧΡΩΜΑΤΙΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΤΡΟΠΟΣ ΔΙΑΛΟΓΗΣ ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ 35 6

7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 - ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΜΟΝΤΕΛΟ V ΠΙΝΑΚΑΣ S,P,Q,R ΧΡΟΝΟΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΣΧΕΔΙΟ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΠΙΝΑΚΑΣ FURPS ΠΙΝΑΚΑΣ ΙΧΝΗΛΑΣΙΜΟΤΗΤΑΣ ΣΧΕΔΙΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ.46 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΕΠΙΛΟΓΟΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΑΝΑΠΤΥΞΗ...47 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α - ΕΓΧΕΙΡΙΔΙΟ ΧΡΗΣΤΗ..48 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β - ΛΕΞΙΚΟ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ...49 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Γ - ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ.50 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Δ - ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ...51 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ε - ΚΩΔΙΚΑΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ.60 ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΚΟ ΥΛΙΚΟ

8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΠΕΡΙΗΓΗΣΗ Στην παρούσα πτυχιακή εργασία επιχειρείται μια εισαγωγή σε βασικές έννοιες στον τρόπο με τον οποίο γίνεται η αναγνώριση και ο διαχωρισμός αντικειμένων με βάση το χρώμα τους ώστε να υπάρχει όλη εκείνη η γνώση που θα χρειαστεί κάποιος αναγνώστης με σκοπό να κατανοήσει καλύτερα την προσέγγιση που επιδέχθηκε για την επίλυση του προβλήματος. Πιο συγκεκριμένα στο κεφάλαιο 2 παρουσιάζεται μια περιγραφή του προβλήματος και ακολούθως υπάρχει συνοπτικά δοσμένη η λύση η οποία υιοθετήθηκε. Στην συνέχεια γίνεται διεξοδική αναφορά στα παρόμοια προϊόντα που υπάρχουν στην αγορά. Η ενότητα 4 του κεφαλαίου 2 περιέχει πληροφορίες για τον μικροελεκτή της mindstrom. Στο κεφάλαιο 3 υπάρχουν όλες εκείνες οι τεχνικές που μας δείχνου λεπτομερώς τον τρόπο λειτουργίας του συστήματος, αναλύοντας τους κινητήρες που υπάρχουν αλλά και τους κινητήρες που φέρει το ίδιο το σύστημα, επίσης αναφορά στον αισθητήρα χρώματος ο οποίος κάνει και τον διαχωρισμό των αντικειμένων και στην συνέχεια αναλύετε ο τρόπος με τον οποίο γίνεται η διαλογή των αντικειμένων. Στην συνέχεια, στο κεφάλαιο 4 βρίσκονται αναλυτικά όλα εκείνα τα στοιχεία που συνοδεύουν ένα έργο υλικού λογισμικού και είναι απαραίτητα για την ορθή εκτέλεση της σχεδίασης και της υλοποίησης. Δηλαδή υπάρχει το κείμενο από το οποίο εξάχθηκαν οι απαιτήσεις, υπάρχει ο χρονοπρογραμματισμός, το σχέδιο FURPS, ο πίνακας ιχνηλασιμότητας, τα σχέδια ελέγχου καθώς επίσης και λεπτομερή αναφορά βήμα προς βήμα όσων συνέβαιναν κατά την εργασία αυτή. Έπειτα υπάρχει το κεφάλαιο 5 όπου βρίσκονται τα παραρτήματα με λεπτομερή ανάλυση, το εγχειρίδιο χρήσης, οι απαιτήσεις ξεκάθαρα γραμμένες, όπως αυτές προέκυψαν από την ανάλυση του κειμένου. Τέλος υπάρχει το παράρτημα όπου βρίσκεται ο κώδικας του συστήματος ο οποίος έχει δημιουργηθεί με την γλώσσα labview και στην συνέχεια παρατίθεται το φωτογραφικό υλικό. 8

9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΕΜΒΑΘΥΝΟΝΤΑΣ 2.1 Το Πρόβλημα Στο πλαίσιο της παρούσας πτυχιακής εργασίας σχεδιάσθηκε και υλοποιήθηκε ένα σύστημα το οποίο θα λειτουργεί με σκοπό την αναγνώριση και τον διαχωρισμό των αντικειμένων πέρα από τους συνηθισμένους τρόπους διαλογής που υπάρχουν. Με την απουσία ενός τέτοιου πλήρους αυτοματοποιημένου συστήματος η συγκέντρωση, η μεταφορά και τελικά ο διαχωρισμός των διαφόρων αντικειμένων που μπορούν να συγκεντρωθούν σε μία βιομηχανία θα έπρεπε να γίνεται από το εργατικό προσωπικό πράγμα που σημαίνει πως θα χρειαζόταν αρκετή σωματική κούραση αλλά και αρκετό προσωπικό. Πλέον χρησιμοποιώντας το παρόν σύστημα όλα μπορούν να γίνουν αυτοματοποιημένα, έτσι το προσωπικό ελαττώνεται σημαντικά πράγμα που σημαίνει μικρότερο κόστος για την επιχείρηση αλλά και λιγότερη σωματική κούραση καθώς πλέον θα υπάρχει ένας εποπτικός ρόλος στην διαδικασία διαχωρισμού των αντικειμένων. 2.2 Η λύση Για να επιτευχθεί αυτό αντιγράφηκε ένα σύστημα μεταφοράς, έτσι χρειάσθηκε μία ταινία μεταφοράς (εικόνα 2.1) για αντικείμενα, ένας κινητήρας ώστε να θέτει σε κίνηση την ταινία, ένας αισθητήρας ο οποίος θα κάνει την αναγνώριση του χρώματος των αντικειμένων και ένας επιπλέον κινητήρας που φέρνει στο τέλος της ταινίας το κατάλληλο καλάθι ώστε να γίνετε ο διαχωρισμός των αντικειμένων και τέλος ο επεξεργαστής όπου είναι συνδεδεμένα και όλα τα παραπάνω. Εικόνα 2.1 Εικόνα 2.2 9

10 2.3 Συναφή προϊόντα Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο διαπιστώθηκε πως πλέον στις σύγχρονες βιομηχανίες χρησιμοποιούνται ιμάντες μεταφοράς. Έτσι παρακάτω αναφέρονται μερικοί από τους διάφορους τύπους από ιμάντες που υπάρχουν αλλά και δυο εταιρείες οι οποίες κινούνται στο χώρο της ανακύκλωσης υλικών και το μεγαλύτερο μέρος της επεξεργασίας γίνεται από ιμάντες μεταφοράς αλλά και από αισθητήρες χρώματος για να γίνει ο διαχωρισμός των υλικών. Διάφορα είδη ταινιών και ιμάντων μεταφοράς: Βασικοί ιμάντες (εικόνα 2.3) Ταινίες σε ράμπα (εικόνα 2.4) Κεκλιμένες ταινίες (εικόνα 2.5) Καμπύλη 90 ο με ιμάντα (εικόνα 2.6) Εναέριες μεταφορικές ταινίες (εικόνα 2.7) Ταινίες με ετικετέζα (εικόνα 2.8) Πλευρικοί ιμάντες (εικόνα 2.9) Ταινία αποστασιοποίησης (εικόνα 2.10) Εικόνα 2.3 Εικόνα 2.5 Εικόνα

11 Εικόνα 2.7 Εικόνα 2.8 Εικόνα 2.9 Εικόνα 2.10 Εταιρείες που χρησιμοποιούν ιμάντες μεταφοράς και αισθητήρα χρώματος. UNISORT Η τελευταία λέξη της τεχνολογίας διαχωρισμού ανακυκλώσιμων υλικών. UNISORT: Καθολικός διαχωρισμός ανάλογα με τα υλικά και το χρώμα τους. Δύναται να διαχωρίσει: -Υλικά συσκευασίας -Βιομηχανικά απόβλητα -Χαρτί - residual waste -Τεμαχισμένο υλικό π.χ. ηλεκτρονικό σκράπ Εξαιρετικά ισχυροί αισθητήρες εγγυώνται την γρήγορη αναγνώριση των μεικτών υλικών. Αυτό επιτρέπει τον διαχωρισμό τον υλικών ανάλογα με το διακριτό κλάσμα τους, ή την αφαίρεση του μη επιθυμητού κλάσματος από την ροή του υλικού. Τα συστήματα διαχωρισμού UNISORT είναι αναγνωρισμένα για την γρήγορη και απλή χρήση τους, καθώς και για την μεγάλη τους απόδοση η οποία συνοδεύεται με ένα υψηλό επίπεδο καθαρότητας του εξερχόμενου υλικού. Επιπρόσθετα, τα συστήματα 11

12 αυτά χαρακτηρίζονται από την ευμεταβλητότητά τους, ανάλογα με τις εκάστοτε ανάγκες του πελάτη, την ευελιξία τους και τον στοχεύοντα προς το μέλλον σχεδιασμό τους. Αρχές Λειτουργίας: Το υλικό τροφοδοτείται ισομερώς στο μηχάνημα διαχωρισμού από την ταινία μεταφοράς. Κάθε αντικείμενο αναγνωρίζεται και κατηγοριοποιείται από το σύστημα αισθητήρων, ανάλογα με την σύσταση του και/ή το χρώμα του. Στη συνέχεια, τα αναγνωρισμένα αντικείμενα εκτοξεύονται ξεχωριστά από την ροή του υλικού από δυνατές και ακριβείς ρίψεις πεπιεσμένου αέρα, ελεγχόμενες από σωληνοειδείς βαλβίδες. Αισθητήρες Χρώματος: Αυτοί οι αισθητήρες χρησιμοποιούνται εκεί όπου το βασικό κριτήριο διαχωρισμού είναι η χρωματική διαφορά. Χρησιμεύει σαν φωτιστικό σύστημα όταν τα αντικείμενα είναι αδιαφανή και σαν διεισδυτικό όταν τα αντικείμενα είναι διαφανή. Εξίσου χρήσιμοι και για αποστολές υψηλής απόδοσης/δυσκολίας αλλά και για απλές διαδικασίες. ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ Πρώτο στάδιο Προδιαλογή Η διαδικασία της ανακύκλωσης ξεκινά με την μεταφορά του υλικού από τους χώρους απόθεσης, όπου γίνεται μία αρχική διαδικασία διαλογής σε υλικά (πολύ βρώμικα) με πολλά ανομοιογενή πρόσμικτα και σε περισσότερο καθαρά, με οπτική κυρίως κατανομή των φορτίων. Έτσι στον τροφοδότη γίνεται η προδιαλογή των επιμηκών και ογκωδών τεμαχίων όπου διαχωρίζονται από ένα ραβδοκόσκινο και βγαίνουν από την παραγωγική διαδικασία. 12

13 Το υλικό που παραμένει μεταφέρεται με ταινία μεταφοράς στο τύμπανο κοσκινίσματος όπου πραγματοποιείται η διαβάθμιση και κατηγοριοποιείται ανάλογα με το μέγεθος του. Οι λεπτοί κόκκοι είναι συνήθως ορυκτά συστατικά όπως άμμος, μικρά τούβλα, χώμα κ.τ.λ. και αποτελούν την πρώτη φάση κοσκινίσματος. Τα σπασμένα τούβλα, πλακάκια, ενισχυμένο μπετόν και μη ενισχυμένο μπετόν εξετάζονται μέσω μιας εξονυχιστικής διαδικασίας έτσι ώστε να αφαιρεθεί το κλάσμα υλικών που έχει μέγεθος 0-45 χιλιοστά. Το κλάσμα αυτό χωρίζεται σε δύο κατηγορίες, σε υλικά διαστάσεων 0-4 χιλιοστών και σε υλικά 4-45 χιλιοστών. Το υπόλοιπο υλικό πάει σε μηχανήματα κρούσης και συντριβής (impact crusher). Το κλάσμα με διαστάσεις μεγαλύτερες των 45 χιλιοστών τοποθετείται σε μια προσωρινή στοίβα αποθεμάτων για επανα-συντριβή, ενώ το κλάσμα 4-45 χιλιοστών μειώνεται σε υπο-κλάσματα 0-4mm, 4-8mm, 8-16mm, 16-32mm και 32-45mm.Στην συνέχεια περνούν από μαγνήτη όπου αποχωρίζονται και αποθηκεύονται τα σιδερένια κομμάτια και αυτά ανάλογα με το μεγέθους τους. Στην συνέχεια περνούν από ένα μαγνητικό διαχωριστή (magnetic separator) για να αφαιρεθούν τα σιδηρούχα μέταλλα πριν διαιρεθούν σε κατηγορίες 0-45mm και >45mm. Τα σιδερένια κομμάτια αποχωρίζονται και αποθηκεύονται και αυτά ανάλογα με το μεγέθους τους. Τέλος το εναπόμεναν υλικό με μεταφορικούς ιμάντες περνά στην αεροδιαλογή όπου ξεχωρίζονται ανάλογα με το βάρος τους τα ελαφριά κομμάτια (ξύλα, πλαστικά) ενώ τα υπόλοιπα είναι κυρίως χώματα, χαλίκια και απομακρύνονται από τον κύριο όγκο των αδρανών που προορίζονται για θραύση. Οι τέσσερις πλέον γραμμές διαλογής καταλήγουν σε μία στεγασμένη καμπίνα το pick station - χειροδιαλογη όπου χειροκίνητα πλέον γίνεται ο διαχωρισμός των υλικών (σε χαρτί, πλαστικό, ξύλο και των υπολοίπων υλικών) και η απόθεση τους σε κάδους. Με αυτόν τον τρόπο ολοκληρώνεται το πρώτο στάδιο της παραγωγικής διαδικασίας η προδιαλογή. 13

14 Δεύτερο στάδιο επεξεργασίας Το εξερχόμενο από το pick station - χειροδιαλογή βαρύ και καθαρό υλικό, μεταφέρεται με ιμάντα μεταφοράς στον σπαστήρα. Εκεί διασπάται σε μικρότερα κομμάτια και με την βοήθεια μαγνητών διαχωρίζονται και πάλι τα μεταλλικά κομμάτια ώστε να επεξεργαστεί περαιτέρω στο τελικό στάδιο της διαλογής. Τρίτο στάδιο διαλογής Στο τελικό στάδιο της διαλογής το καθαρό υλικό εισέρχεται σ ένα κόσκινο με τη βοήθεια του οποίου διαχωρίζεται σε κλάσματα σύμφωνα με το μέγεθος τους. Τέταρτο στάδιο τελικό προϊόν Στο σημείο αυτό τελειώνει η παραγωγική διαδικασία με τελικό προϊόν πλέον (σχεδόν) τελείως καθαρό. Τα διάφορα κλάσματα όπως προκύπτουν από την κυρίως διαλογή και κοσκίνισμα είναι απαλλαγμένα από πρόσμικτα (γυαλί, πλαστικά, χαρτί, σίδερο) χωρίς σχεδόν καθόλου χώμα. Τα υλικά που θα εναποτεθούν στον χώρο ετοίμων προϊόντων από την παραγωγική διαδικασία της ανακύκλωση αδρανών είναι: 3 Α Σκύρα Άμμος Χώμα επιχώσεων Κεραμικά υλικά επιχώσεων Γενικά υλικά επιχώσεων 14

15 Καθαρό χώμα Τεμαχίδια ξύλου ( ροκανίδια & ρινίσματα ) Τα μη ανακυκλούμενα υλικά από την μονάδα που συλλέγονται κατά την παραγωγική διαδικασία της ανακύκλωση αδρανών και εναποτίθενται στον χώρο αποθήκευσης υλικών είναι: Σίδηρος Γυαλί Καλώδια Πλαστικό Χαρτί Μονωτικά υλικά 15

16 2.4 Περί mindstorm Για την υλοποίηση της παρούσας πτυχιακής εργασίας χρησιμοποιήθηκε ο μικροεπεξεργαστής mindstorm EV3 ARM 9. Παρακάτω επιχειρείται μια εισαγωγή στην δομή και λειτουργία του συγκεκριμένου μικροεπεξεργαστή. Περιγραφή Μικροεπεξεργαστή Ο EV3, που φαίνεται στην εικόνα 2.4.1, έχει ένα 32 bit μικροεπεξεργαστή που τον ARM9 που φαίνεται σε διάγραμμα βαθμίδας στην εικόνα έχει μνήμη flash, υποστηρίζει Bluetooth ώστε να έχει την δυνατότητα να επικοινωνεί ασύρματα, επίσης διαθέτει μια LCD οθόνη, ηχείο, έξτρα micro SD μνήμη έως 32 GB και τέλος έχει μία θύρα USB, 4 πόρτες εισόδου και 4 πόρτες εξόδου. Τεχνικά χαρακτηριστικά: Επεξεργαστής: ARM 9 Μνήμη ROM: 16MB flash Μνήμη RAM: 64MB USB 2.0: x1 Bluetooth: 2.1 Υπέρυθρες: Ναι Οθόνη: Ναι Ηχείο: Ναι Extra: SD memory slot Θύρες Εισόδου Οι θύρες εισόδου 1, 2, 3 και 4 χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση αισθητήρων με το EV3 Brick. 16

17 Θύρες Εξόδου Οι θύρες εξόδου A, B, C και D χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση κινητήρων με το EV3 Brick. Θύρα PC Η θύρα Mini-USB για PC, που βρίσκεται δίπλα στη θύρα D, χρησιμοποιείται για τη σύνδεση του EV3 Brick με έναν υπολογιστή. Θύρα Κάρτας SD Η θύρα κάρτας SD αυξάνει τη διαθέσιμη μνήμη για το τουβλάκι σου EV3 Brick με μια κάρτα SD (μέγιστο 32 GB). Θύρα Host USB Η θύρα Host USB μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την προσθήκη ενός dongle USB Wi-Fi για τη σύνδεση με ένα ασύρματο δίκτυο ή για τη σύνδεση μέχρι τεσσάρων EV3 Bricks μαζί (αλυσιδωτή σύνδεση). 17

18 Εικόνα Εικόνα (διάγραμμα βαθμίδας αρχιτεκτονικής ARM 9) 18

19 2.5 Γενικά χαρακτηριστικά αισθητήρα χρώματος Color Sensor (Αισθητήρας Χρωμάτων) (εικόνα 2.5.1) Ο αισθητήρας χρωμάτων Color Sensor είναι ένας ψηφιακός αισθητήρας που μπορεί να ανιχνεύσει το χρώμα ή την ένταση του φωτός που εισέρχεται στο μικρό παραθυράκι στην πρόσοψη του αισθητήρα. Αυτός ο αισθητήρας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τρεις διαφορετικές λειτουργίες: Color Mode (Λειτουργία Χρώματος), Reflected Light Intensity Mode (Λειτουργία Έντασης Ανακλώμενου Φωτός) και Ambient Light Intensity Mode (Λειτουργία Έντασης Φωτός Περιβάλλοντος). Στη λειτουργία χρώματος Color Mode,(εικόνα 2.5.2) ο αισθητήρας Color Sensor αναγνωρίζει επτά χρώματα - μαύρο, μπλε, πράσινο, κίτρινο, κόκκινο, λευκό και καφέ συν κανένα χρώμα. Στη λειτουργία έντασης ανακλώμενου φωτός Reflected Light Intensity Mode, (2.5.3) ο αισθητήρας Color Sensor μετρά την ένταση του φωτός που ανακλάται από μία κόκκινη λυχνία. Ο αισθητήρας χρησιμοποιεί μια κλίμακα από το 0 (πολύ σκοτεινό) μέχρι το 100 (πολύ φωτεινό). Στη λειτουργία έντασης φωτός περιβάλλοντος Ambient Light Intensity Mode, (2.5.4) ο αισθητήρας Color Sensor μετρά την ισχύ του φωτός που εισέρχεται στο παραθυράκι από το περιβάλλον, όπως το φως του ήλιου ή το φως από ένα φακό. Ο αισθητήρας χρησιμοποιεί μια κλίμακα από το 0 (πολύ σκοτεινό) μέχρι το 100 (πολύ φωτεινό). Ο ρυθμός δειγματοληψίας του αισθητήρα Color Sensor είναι 1 khz. Για καλύτερη ακρίβεια, όταν βρίσκεται στη λειτουργία χρώματος Color Mode ή στη λειτουργία έντασης ανακλώμενου φωτός Reflected Light Intensity Mode, ο αισθητήρας πρέπει να βρίσκεται σε ορθή γωνία, κοντά στην επιφάνεια που εξετάζει αλλά χωρίς να την αγγίζει. Εικόνα

20 Color Mode (Λειτουργία Χρώματος) Reflected Light Intensity Mode (Λειτουργία Έντασης Ανακλώμενου Φωτός) Εικόνα Εικόνα Ambient Light Intensity Mode (Λειτουργία Έντασης Φωτός Περιβάλλοντος) Εικόνα

21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 - ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΕΙΑΣ Εισαγωγή Στο κεφάλαιο αυτό θα γίνει μία αναφορά στο πως θα ήταν το σύστημα εάν η υλοποίηση του γινόταν σε κανονικό μέγεθος αλλά και στον τρόπο λειτουργίας ενός τέτοιου συστήματος, δηλαδή θα αναπτυχτούν παρακάτω τα επιμέρους τμήματα που δουλεύουν ώστε να επιτύχουμε το αποτέλεσμα. 3.1 Πως θα ήταν το πραγματικό μέγεθος του συστήματος. Ξεκινώντας λοιπών από το μέγεθος που θα μπορούσε να έχει ένα τέτοιο σύστημα μπορούμε να πούμε ότι το τελικό μέγεθος θα ήταν αρκετά μεγάλο όπως φαίνεται άλλωστε και στις εικόνες του κεφαλαίου 2 στην ενότητα 2.3 και αυτό διότι χρειάζεται να ενωθούν πάνω στο σύστημα αρκετά μηχανήματα ώστε να γίνει λειτουργικό. Τα μηχανήματα αυτά είναι η ταινία μεταφοράς, ο κινητήρας που θέτει σε κίνηση την ταινία, ο αισθητήρας χρώματος που τοποθετείται πάνω από την ταινία μεταφοράς χωρίς να έρχεται όμως σε επαφή μαζί της και τέλος ο δεύτερος κινητήρας που περιστρέφει και φέρνει στο τέλος της ταινίας το κατάλληλο τμήμα για την αποθήκευση και των διαχωρισμό των αντικειμένων. Όπως είναι εύκολα κατανοητό όλα αυτά τα εξαρτήματα που έχει το σύστημα (τα οποία θα δούμε στην συνέχεια τον τρόπο λειτουργίας τους) αυξάνουν το μέγεθος, άλλωστε τέτοια συστήματα βλέπουμε ότι χρησιμοποιούνται από μεγάλες βιομηχανίες που μεταφέρουν μεγάλα προϊόντα αντικείμενα σε μέγεθος αλλά και σε βάρος. Τέλος θα μπορούσαμε να αναφέρουμε πως δεν είναι απαραίτητο ένα τέτοιο σύστημα να έχει αποκλειστικά ένα τόσο μεγάλο μέγεθος καθώς αυτά τα συστήματα δημιουργούνται σύμφωνα με τις απαιτήσεις που υπάρχουν και εξάλλου η το επίπεδο της τεχνολογίας που έχουμε σήμερα μας επιτρέπει να συρρικνώσουμε αρκετά το μέγεθος ενός τέτοιου συστήματος. 21

22 3.2 Κινητήρες μονοφασικοί / τριφασικοί και βηματικός κινητήρας ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Στην συνέχεια εξετάζονται οι µονοφασικοί επαγωγικοί κινητήρες που υπάρχουν σε µικρό ποσοστό σε βιοµηχανικές χρήσεις Ασύγχρονοι µονοφασικοί κινητήρες Αν σε ασύγχρονο τριφασικό κινητήρα που λειτουργεί χωρίς φορτίο διακοπεί ένας από τους τρείς αγωγούς τροφοδοσίας ο κινητήρας εξακολουθεί να περιστρέφεται. Αν όµως σταµατήσει και προσπαθήσουµε να τον ξεκινήσουµε πάλι δεν ξεκινά µόνος του. Αν µε κάποιο µέσο του δοθεί µια αρχική περιστροφική ώθηση προς την µία ή την άλλη κατεύθυνση ξεκινά αλλά δεν µπορεί να αποδώσει την ίδια ροπή και ισχύ που έδινε πριν τη διακοπή. Σχήµα 3.1 ιακοπή φάσης σε τριφασικό ασύγχρονο κινητήρα Στο Σχήµα 3.1 φαίνεται ότι η διακοπή µιάς φάσης τροφοδοσίας σε έναν τριφασικό κινητήρα οδηγεί σε δηµιουργία ενός µονοφασικού τυλίγµατος. Η αδυναµία εκκίνησης οφείλεται στο ότι ένα µονοφασικό τύλιγµα που τροφοδοτείται από µονοφασικό ρεύµα δεν δηµιουργεί στρεφόµενο µαγνητικό πεδίο. Το πρόβληµα λύνεται µε την χρησιµοποίηση ενός δεύτερου τυλίγµατος που λέγεται βοηθητικό για να διακρίνεται από το κύριο, το οποίο είναι µετατοπισµένο κατά 90 µοίρες ως προς το κύριο και ταυτόχρονα τα ρεύµατα των δύο τυλιγµάτων πρέπει να έχουν φασική διαφορά που επιτυγχάνεται µε δύο βασικά τρόπους που δηµιουργούν και τα δύο βασικά είδη µονοφασικών ασύγχρονων κινητήρων που είναι οι κινητήρες αντίστασης και οι κινητήρες πυκνωτή. 22

23 Μονοφασικοί κινητήρες αντίστασης Το βοηθητικό τύλιγµα έχει µεγάλη αντίσταση, δηλαδή έχει πολλές σπείρες λεπτού σύρµατος και συνδεσµολογείται όπως φαίνεται στο Σχήµα 3.2. Ο διακόπτης δ είναι φυγοκεντρικός στερεωµένος στον άξονα του δροµέα και ανοίγει αποσυνδέοντας το βοηθητικό τύλιγµα όταν ο κινητήρας αποκτήσει στροφές µεγαλύτερες από το 80% των ονοµαστικών. Για την αλλαγή φοράς περιστροφής πρέπει να αντιµετατεθούν οι συνδέσεις των δύο άκρων του βοηθητικού τυλίγµατος µε το κύριο τύλιγµα. Σχήµα 3.2 Τυλίγµατα στάτη µονοφασικού κινητήρα αντίστασης Μονοφασικοί κινητήρες πυκνωτή Το βοηθητικό τύλιγµα έχει σε σειρά συνδεδεµένο πυκνωτή που συντελεί ώστε το ρεύµα του βοηθητικού τυλίγµατος να προηγείται της τάσης ενώ στο κύριο τύλιγµα να ακολουθεί την τάση µε αποτέλεσµα την δηµιουργία της απαραίτητης διαφοράς φάσης για την δηµιουργία του στρεφόµενου πεδίου. Οι κινητήρες πυκνωτή χρησιµοποιούνται για µεγαλύτερη ισχύ από τους κινητήρες αντίστασης (µέχρι 1.5 KW). Στους κινητήρες πυκνωτή η ροπή εκκίνησης εξαρτάται από την χωρητικότητα του πυκνωτή για ορισµένη τάση τροφοδοσίας και η αύξηση της χωρητικότητας αυξάνει την ροπή εκκίνησης. Οταν χρειάζεται ροπή εκκίνησης 50 ως 70% της ονοµαστικής ροπής, ο πυκνωτής και το βοηθητικό τύλιγµα µπορούν να µείνουν συνδεδεµένα και στην κανονική λειτουργία, αλλά όταν χρειάζεται µεγάλη (2-2.5 φορές) ροπή εκκίνησης χρησιµοποιείται και δεύτερος πυκνωτής που λέγεται πυκνωτής εκκίνησης και αποσυνδέεται µετά την εκκίνηση. Στο Σχήµα 3.3 φαίνονται διάφορες διατάξεις µονοφασικών κινητήρων µε πυκνωτές. Οι χρησιµοποιούµενοι πυκνωτές πρέπει να είναι πυκνωτές χάρτου για την περίπτωση που ο φυγοκεντρικός διακόπτης αστοχήσει. 23

24 Σχήµα 3.3 Μονοφασικοί κινητήρες µε πυκνωτές Κινητήρες µε βραχυκυκλωµένες σπείρες στάτη Πρόκειται για πολύ µικρής ισχύος κινητήρες µε την µορφή του Σχήµατος 3.4 στους οποίους οι βραχυκυκλωµένες σπείρες παίζουν τον ρόλο βοηθητικού τυλίγµατος. Ο βαθµός απόδοσης είναι πολύ µικρός (10%) και χρησιµοποιούνται σε συσκευές όπου ο βαθµός απόδοσης δεν έχει σηµασία. Σχήµα 3.4 Κινητήρας µε βραχυκυκλωµένες σπείρες στάτη 24

25 ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΙ ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Οι ασύγχρονοι κινητήρες είναι κινητήρες γενικής χρήσης και χρησιµοποιούνται πάντα, εκτός αν ειδικές συνθήκες επιβάλλουν την χρησιµοποίηση άλλων τύπων κινητήρων. Οι κινητήρες αυτοί επικράτησαν διότι είναι απλοί στην κατασκευή και συνεπώς οικονοµικοί, εύκολοι στην συντήρηση, ασφαλείς στην λειτουργία και έχουν καλό βαθµό απόδοσης Κατασκευή ασύγχρονων τριφασικών κινητήρων Στάτης Η κατασκευή του στάτη είναι όµοια µε εκείνη των εναλλακτήρων µε εσωτερικούς πόλους. ιαφορά µπορεί να υπάρχει στην διαµόρφωση του κελύφους που προσαρµόζεται στις συνθήκες κάτω από τις οποίες πρόκειται να εργασθεί ο κινητήρας. Μέσα στο κέλυφος είναι τοποθετηµένος ο πυρήνας του τυµπάνου που κατασκευάζεται από πολλά µαγνητικά ελάσµατα. Στα αυλάκια του τυµπάνου τοποθετείται το τριφασικό τύλιγµα, τα έξι άκρα των τριών φάσεων του οποίου καταλήγουν στους έξι ακροδέκτες του πινακιδίου του κινητήρα, όπως φαίνεται στο Σχήµα Η συνδεσµολογία των τριών φάσεων σε αστέρα ή τρίγωνο γίνεται είτε µε λαµάκια είτε µέσω κατάλληλων διακοπτών. Σχήµα Τύλιγµα στάτη ασύγχρονου κινητήρα 25

26 ροµέας κινητήρων βραχυκυκλωµένου δροµέα Ο δροµέας των ασύγχρονων κινητήρων δεν συνδέεται ηλεκτρικά µε οποιαδήποτε πηγή ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό απλοποιεί την κατασκευή του µε αποτέλεσµα τα βασικά του πλεονεκτήµατα που αναφέρθηκαν παραπάνω. Ο δροµέας των κινητήρων βραχυκυκλωµένου δροµέα φέρει στον άξονα τον πυρήνα που αποτελείται από πολλά µαγνητικά ελάσµατα µε οδοντώσεις που σχηµατίζουν αυλάκια µε µορφή που φαίνεται στο Σχήµα Οι οδοντώσεις κατατάσσονται στις απλές, τις βαθειές και τις διπλές που προκαλούν και διαφορετικά ηλεκτρικά χαρακτηριστικά. Μέσα στα αυλάκια του δροµέα τοποθετούνται ράβδοι από χαλκό ή ορείχαλκο χωρίς µόνωση που συγκολλούνται στα δυό άκρα σε δυό στεφάνια βραχυκύκλωσης. Στούς µικρούς κινητήρες το τύλιγµα κλωβού κατασκευάζεται συνήθως από καθαρό αλουµίνιο που χύνεται απ ευθείας στα αυλάκια και τα πτερύγια του ανεµιστήρα σχηµατίζονται πάνω στις στεφάνες βραχυκύκλωσης. Στούς δροµείς µε διπλές οδοντώσεις κατασκευάζονται δύο ανεξάρτητα τυλίγµατα κλωβού. Σχήµα Οδοντώσεις βραχυκυκλωµένου δροµέα Εκκίνηση κινητήρων βραχυκυκλωμένου δρομέα Απευθείας εκκίνηση Η απευθείας εκκίνηση με την χρήση ενός μόνο απλού τριπολικού διακόπτη που φαίνεται στο Σχήμα 3.2.3, είναι η απλούστερη μέθοδος εκκίνησης τριφασικού ασύγχρονου κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα και χρησιμοποιείται σε σημαντικό βαθμό στην βιομηχανία. Σχήμα Απευθείας εκκίνηση 26

27 Ο λόγος που η μέθοδος δεν βρίσκει γενική εφαρμογή είναι τα μεγάλα ρεύματα εκκίνησης που προκαλούν στιγμιαία μεγάλες πτώσεις τάσης (βυθίσεις τάσης) που είναι ενοχλητικές όταν επαναλαμβάνονται συχνά στους άλλους καταναλωτές και μπορεί να προκαλέσουν γενικότερα προβλήματα στα δίκτυα. Κινητήρες διπλού κλωβού Στα προηγούμενα αναφέρθηκε ότι οι κινητήρες βραχυκυκλωμένου δρομέα έχουν μεγάλα ρεύματα εκκίνησης με αποτέλεσμα να πρέπει να χρησιμοποιούνται μέθοδοι μείωσης των ρευμάτων αυτών. Αυτό όμως έχει ταυτόχρονα σαν αποτέλεσμα την μεγάλη μείωση της αναπτυσσόμενης ροπής οπότε αναγκαστικά οι κινητήρες αυτοί πρέπει να εκκινούν είτε χωρίς φορτίο ή με πολύ μικρό φορτίο. Το πρόβλημα αντιμετωπίστηκε με την κατασκευή των κινητήρων διπλού κλωβού, με εξωτερικό τύλιγμα ράβδων μικρής διατομής και μεγάλης ωμικής αντίστασης και εσωτερικό τύλιγμα λίγων ράβδων μεγάλης διατομής και μικρής αντίστασης. Η αναπτυσσόμενη ροπή είναι άθροισμα των ροπών των δύο τυλιγμάτων όπως φαίνεται στο διάγραμμα του Σχήματος με τελικό αποτέλεσμα το ρεύμα απευθείας εκκίνησης να φθάνει μόνο το 200 ως 350% του ονομαστικού. Σχήμα Συνισταμένη ροπή κινητήρα διπλού κλωβού 27

28 Κινητήρες με βαθιά αυλάκια Οι κινητήρες διπλού κλωβού αντικαθιστούνται όλο και περισσότερο από κινητήρες με βαθιά αυλάκια οι οποίοι έχουν απλούστερα χαρακτηριστικά και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για απευθείας εκκινήσεις με ισχύς μέχρι μερικών εκατοντάδων KW Χαρακτηριστικά στοιχεία ασύγχρονων κινητήρων Στην πινακίδα του κατασκευαστή που φέρει κάθε κινητήρας, γράφονται, εκτός από τις συνήθεις ενδείξεις και τα εξής χαρακτηριστικά: α) η ονομαστική ισχύς του κινητήρα σε KW ή σε HP (1HP = ΚW) β) ο αριθμός φάσεων του κινητήρα γ) η ονομαστική συχνότητα δ) η ονομαστική τάση. Εφόσον στους τριφασικούς κινητήρες είναι δυνατή η λειτουργία είτε σε σύνδεση τριγώνου είτε σε σύνδεση αστέρα, η ονομαστική τάση δίνεται με δύο αριθμούς, από τούς οποίους ο πρώτος δίνει την πολική τάση του δικτύου ηλεκτροδότησης για λειτουργία του κινητήρα σε τρίγωνο και ο δεύτερος για λειτουργία σε αστέρα πχ. 220/380V. H τάση μπορεί να γραφεί και σαν 220V Δ, πράγμα που σημαίνει ότι ο κινητήρας είναι κατασκευασμένος να λειτουργεί κανονικά σε δίκτυο πολικής τάσης 220V σε συνδεσμολογία τριγώνου. Αυτονόητο είναι ότι ο ίδιος κινητήρας συνδεσμολογημένος σε αστέρα μπορεί να εργασθεί κανονικά σε δίκτυο πολικής τάσης 380V. Γι αυτό στον ίδιο κινητήρα μπορεί να γραφεί τάση 380V ε) η ονομαστική ένταση του κινητήρα στ) ο ονομαστικός συντελεστής ισχύος ζ) η ονομαστική ταχύτητα περιστροφής σε rpm η) Στους δακτυλιοφόρους κινητήρες γράφεται και η τάση και η ένταση στον δρομέα 28

29 ΒΗΜΑΤΙΚΟΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ Οι βηματικοί κινητήρες χρησιμοποιούν συσνδυασμό ηλεκτρικών παλμών για την κίνηση τους. Στην εικόνα παρακάτω παρουσιάζεται η διατομή ενός βηματικού κινητήρα. Ο κινητήρας αυτός αποτελείται από έναν ρότορα μαλακού σιδήρου με οδοντώσεις και έναν στάτορα με τέσσερα ζεύγη ηλεκτρομαγνητικών: Α και Α, Β και Β, C και C, D και D. Για να κινηθεί ο ρότορας εφαρμόζεται διαδοχικά σε κάθε ένα από τα παραπάνω ζεύγη μία τάση ηλεκτρικού ρεύματος. Όταν το ηλεκτρικό ρεύμα μεταφέρεται από το ένα ζεύγος ηλεκτρομαγνητών στο διπλανό του ο ρότορας μετατοπίζεται κατά 15 ο λόγω των μαγνητικών δυνάμεων που εφαρμόζονται σε αυτόν. Η γωνία αυτή ονομάζεται βήμα του κινητήρα. Εικόνα Διατομή βηματικού κινητήρα Πιο αναλυτικά στο στιγμιότυπο της διπλανής εικόνας βλέπουμε τη θέση του κινητήρα όταν το ηλεκτρικό ρεύμα εφαρμόζεται στο ζεύγος Β και Β. Τότε οι οδοντώσεις 6 και 3 ευθυγραμμίζονται, λόγω της μαγνητικής έλξης, με τους ηλεκτρομαγνήτες Β και Β αντίστοιχα. Στην συνέχεια εάν πάψει η εφαρμογή του ρεύματος στο ζεύγος Β, Β και μεταφερθεί στο C και C τότε το αποτέλεσμα θα είναι υ ευθυγράμμιση των οδοντώσεων 5 και 2 με τα C και C και έτσι ο ρότορας στρέφεται 15 ο κατά τη φορά των δεικτών του ρολογιού. Εάν στη συνέχεια το ηλεκτρικό ρεύμα μεταφερθεί στο ζεύγος D και D τότε τα πηνία αυτά θα ευθυγραμμιστούν με τις οδοντώσεις 4 και 1 αντίστοιχα και ο ρότορας θα περιστραφεί κατά 15 ο ακόμη. Για τη συνεχή κίνηση του κινητήρα αρκεί η ανάλογη εναλλαγή της παροχής ηλεκτρικού ρεύματος σε διαδοχικά ζεύγη πηνίων. Όσο πιο γρήγορη γίνεται η εναλλαγή αυτή τόσο αυξάνεται η ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα. Για να αντιστραφεί η φορά περιστροφής του κινητήρα αρκεί να αντιστραφεί η σειρά με την οποία εφαρμόζεται ηλεκτρική τάση στα ζεύγη των ηλεκτρομαγνητών. 29

30 Η μέθοδος ανοιχτού βρόγχου χρησιμοποιείται για τον έλεγχο των βηματικών κινητήρων. Μετρώντας τον αριθμό και τις εναλλαγές των παλμών που αποστέλλονται από τον ελεγκτή προς τον κινητήρα, μπορεί να υπολογιστεί η θέση του σε κάθε χρονική στιγμή. Δεν χρειάζεται να υπάρχει ανάδραση πληροφορίας από κάποιον αισθητήρα θέσης προς τον ελεγκτή, κάτι που είναι απαραίτητο στον έλεγχο κλειστού βρόγχου. Πλεονεκτήματα βηματικού κινητήρα Σε αντίθεση με τους κινητήρες συνεχούς ρεύματος, δεν χρειάζεται φρένα για να μένει ακίνητος ή για να επιβραδυνθεί. Στις μικρές ταχύτητες περιστροφής, αλλά και κατά την εκκίνηση του, παράγει μεγάλες τιμές ροπής. Είναι πολύ αξιόπιστος καθώς για τη λειτουργία του δεν απαιτούνται κινούμενες ηλεκτρικές επαφές,όπως στον κινητήρα συνεχούς ρεύματος και έτσι η διάρκεια ζωής του εξαρτάται μόνο από την αξιοπιστία του εδράνου κύλισης. Δεν απαιτείται χρήση αισθητήρων και κυκλωμάτων ανάδρασης για τον προσδιορισμό της θέσης του άξονα κίνησης. Ο βηματικός κινητήρας μπορεί να επιτύχει μεγάλο εύρος ταχυτήτων περιστροφής. Ο βηματικός κινητήρας μπορεί να επιτύχει πολύ χαμηλές ταχύτητες περιστροφής. Μειονεκτήματα βηματικού κινητήρα Θορυβώδης λειτουργία. Αδυναμία περιστροφής σε υψηλές ταχύτητες. Κατά τη μετακίνηση φορτίων μεγάλης μάζας μπορεί να μη σταματήσει ακαριαία ο κινητήρας, λόγω της αυξημένης αδράνειας. Εικόνα Βηματικός κινητήρας 30

31 3.3 EV3 Motors (Κινητήρες EV3) Ο μεγάλος κινητήρας Large Motor (εικόνα 2.3.5) είναι ένας πανίσχυρος έξυπνος κινητήρας. Διαθέτει έναν ενσωματωμένο αισθητήρα περιστροφής Rotation Sensor με ανάλυση 1 μοίρας για επακριβή έλεγχο. Medium Motor (Μεσαίος Κινητήρας) Ο μεσαίος κινητήρας Medium Motor (εικόνα 2.3.6) διαθέτει και αυτός αισθητήρα περιστροφής Rotation Sensor (με ανάλυση 1 μοίρας), αλλά είναι πιο μικρός και πιο ελαφρύς από το μεγάλο κινητήρα Large Motor. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να ανταποκρίνεται πιο γρήγορα από το μεγάλο κινητήρα Large Motor. Σύγκριση των Δύο Κινητήρων: + Ο μεγάλος κινητήρας Large Motor λειτουργεί στις σαλ, με ροπή λειτουργίας 20 Ncm και ροπή ακινησίας 40 Ncm (βραδύτερος, αλλά πιο ισχυρός). + Ο μεσαίος κινητήρας Medium Motor λειτουργεί στις σαλ, με ροπή λειτουργίας 8 Ncm και ροπή ακινησίας 12 Ncm (ταχύτερος, αλλά λιγότερο ισχυρός). + Και οι δύο κινητήρες διαθέτουν Auto ID. Εικόνα Εικόνα

32 3.4 Αισθητήρας χρώματος Χρωματικοί χώροι γενικά Τα χρώµατα είναι µία κωδικοποίηση του ανθρώπινου νευρικού συστήµατος για να διακρίνει τα µήκη κύµατος (ή τις συχνότητες) του φωτός που προσπίπτουν στο αισϑητήριο όργανο της όρασης. Τα µήκη κύµατος του φωτός που διεγείρουν τον ανθρώπινο οφθαλµό κυµαίνονται από περίπου Å (400 nm) µέχρι Å (700 nm). Στον πίνακα του σχήµατος ϕαίνεται σε γενικές γραµµές η χρωµατική κωδικοποίηση του ανθρώπινου οφθαλµού. Σε κάθε µήκος κύµατος (ή συχνότητα) η όραση του ανθρώπου αντιστοιχίζει και ένα χρώµα. Πίνακας Οταν στο µάτι του ανθρώπου προσπέσουν δύο ακτινοβολίες µε διαφορετικά µήκη κύµατος η ανθρώπινη όραση συνθέτει τα χρώµατα δηµιουργώντας καινούργια. Ετσι για παράδειγµα αν µία ϕωτεινή πηγή µάς ϕαίνεται ότι εκπέµπει κίτρινο χρώµα µπορεί αυτή να έχει µήκη κύµατος στην περιοχή από 560 nm έως 590 nm ή να εκπέµπει ταυτόχρονα κόκκινες και πράσινες ακτινοβολίες που όταν συντίθενται µας δίνουν κίτρινο χρώµα. Για τη δηµιουργία των χρωµάτων δεν µας είναι απαραίτητα όλα τα µήκη κύµατος του ορατού ϕωτός αλλά µόνο ορισµένα από αυτά. Το φως µπορεί να προέρχεται από απευθείας εκποµπή (π.χ.οθόνη), από απορρόφηση που οφείλεται σε ανάκλαση ή από απορρόφηση καθώς αυτό διέρχεται µέσα από ηµιδιαφανή χρωµατιστά υλικά. Κατά την εκποµπή του ϕωτός τα µήκη κύ- µατος «αθροίζονται» για τη δηµιουργία του χρωµατικού αποτελέσµατος ενώ κατά την απορρόφηση του ϕωτός από τα υλικά τα µήκη κύµατος «αφαιρούνται» και δηµιουργούν το χρωµατικό αποτέλεσµα. Παράλληλα η αντίληψη του ϕωτός από τον άνθρωπο περιλαµβάνει επιπλέον χαρακτηριστικά όπως η λαµπρότητα (brightness) και η χρωµατική καθαρότητα (saturation). Με άλλα λόγια η αίσϑηση του χρώµατος είναι µία πολύπλοκη ανθρώπινη διαδικασία. Για την διευκόλυνση της περιγραφής και της αναπαραγωγής των χρωµάτων δηµιουργήθηκαν τα λεγόµενα χρωµατικά µοντέλα. Καθένα από αυτά βασίζεται σε συγκεκριµέναασικά (πρωτογενή) χρώµατα. Πρέπει να γίνει κατανοητό ότι σπάνια δύο εφαρµογές ϕτάνουν στο ίδιο χρωµατικό αποτέλεσµα ακόµη και στην περίπτωση που χρησιµοποιούν το ίδιο χρωµατικό µοντέλο. Μία εικόνα ϕαίνεται διαφορετική σε οθόνες από διαφορετικό κατασκευαστή και δύο κόκκινες µπογιές από διαφορετικό κατασκευαστή δίνουν διαφορετικό κόκκινο χρώµα. 32

33 3.4.1 Το RGB Χρωματικό Μοντέλο Στο RGB μοντέλο, τα χρώματα εμφανίζονται με βάση τις πρωταρχικές φασματικές συνιστώσες του κόκκινου, πράσινου και μπλε. Το μοντέλο αυτό βασίζεται σε ένα καρτεσιανό τρισδιάστατο σύστημα συντεταγμένων. Ο χρωματικός υποχώρος που ενδιαφέρει είναι ο κύβος (εικόνα 3.3.1) του οποίου οι τρεις γωνίες πάνω στους άξονες είναι τα RGB χρώματα, οι άλλες τρεις γωνίες είναι τα χρώματα κίτρινο, magenta και cyan, στην αρχή των αξόνων είναι το μαύρο και το άσπρο τοποθετημένο στην πιο απομακρυσμένη γωνία από το μαύρο. Οι εικόνες που αναπαριστώνται στο RGB χρωματικό μοντέλο αποτελούνται από 3 συστατικές εικόνες, μία για κάθε πρωταρχικό χρώμα. Ο αριθμός των bits που χρησιμοποιείται για να αναπαρασταθεί κάθε pixel στον RGB χώρο ονομάζεται pixel depth (βάθος pixel). Aν η κάθε συστατική εικόνα (δηλαδή οι εικόνες που αντιστοιχούν στα τρία βασικά χρώματα) της RGB εικόνας είναι μια 8- bit εικόνα, τότε τα pixels της RGB εικόνας θα έχουν βάθος ίσο με 24 bits. Εικόνα

34 Κατωφλίωση εικόνας Η πιο απλή µέθοδος κατάτµησης εικόνας είναι η κατωφλίωση. Αυτή η µέθοδος βασίζεται σε µία τιµή κατωφλίου για να µετατρέψει µια ασπρόµαυρη εικόνας δυαδική. Μία προφανής επέκταση της µεθόδου είναι η πολυκατωφλίωση, δηλαδή η επιλογή διάφορων τιµών κατωφλίων για διαφορετικά επίπεδα του. Υπάρχουν πολλές δηµοφιλείς µέθοδοι που κάνουν αυτήν την δουλειά, όπως είναι η µέθοδος της µέγιστης εντροπίας, η µέθοδος του Otsu, ενώ µπορεί να χρησιµοποιηθεί και ο αλγόριθµος k-means για την εύρεση των κατωφλίων. σε Η κατωφλίωση με ποσόστωση αποτελεί μια από τις πιο πρώιμες και απλές μεθόδους κατωφλίωσης. Στη συγκεκριμένη μέθοδο θεωρούμε ότι η εικόνα αποτελείται από σκοτεινά αντικείμενα σε φωτεινό φόντο (ή το αντίστροφο) και ότι το ποσοστό της συνολικής έκτασης της εικόνας που καταλαμβάνεται από τα αντικείμενα είναι γνωστό και ίσομε p%. Ως κατώφλι επιλέγεται τότε η ελάχιστη (μέγιστη) τιμή επιπέδου φωτεινότητας που κατανέμει τουλάχιστον το p% των εικονοστοιχείων της κατωφλιωμένης εικόνας σε περιοχές που καταλαμβάνονται από αντικείμενα. Ας υποθέσουμε για παράδειγμα ότι έχουμε ψηφιοποιήσει μια σελίδα ενός βιβλίου με χρήση ενός σαρωτή και ότι γνωρίζουμε ότι το 40% της έκτασης της σελίδας καταλαμβάνεται από μαύρους χαρακτήρες ενώ το υπόλοιπο είναι λευκό. Καθότι το πιθανότερο είναι η εικόνα που θα λάβουμε να μην αποτελείται αποκλειστικά από μαύρα και λευκά εικονοστοιχεία, αλλά από «σκοτεινά» και «φωτεινά», μπορούμε να εκμεταλλευτούμε το γεγονός ότι γνωρίζουμε το ποσοστό των εικονοστοιχείων που ανήκουν σε χαρακτήρες και να μετατρέψουμε την εικόνα σε δυαδική. Στη συγκεκριμένη περίπτωση, η κατωφλίωση επιτυγχάνεται απεικονίζοντας το σκοτεινότερο 40% της εικόνας με μαύρο και το υπόλοιπο με λευκό. Αλγοριθμος k-means Ο αλγόριθμος k-means (k-µέσων) είναι ένας αλγόριθμος (MacQueen, 1967) που ομαδοποιεί αντικείμενα βάσει των χαρακτηριστικών των k µεριδίων. Αποτελεί μεταβλητή του αλγόριθμου μεγιστοποίησης αναµονής (expectation-maximization algorithm-em), όπου σκοπός είναι να οριστεί ο k-means δεδομένων που προήλθαν από Gaussian κατανοµές. Ο αλγόριθμος υποθέτει ότι τα χαρακτηριστικά του αντικειμένου δημιουργούν ένα χώρο διανυσμάτων και ο σκοπός του είναι να ελαχιστοποιήσει τη συνολική διακύμανση της οµάδας ή τη συνάρτηση τετραγωνικού σφάλματος. Τα βασικά βήµατα του αλγόριθμου είναι τα εξής: 1. Επιλογή του αριθµού των οµάδων. 2. Τυχαία δηµιουργία k οµάδων και ορισµός των κεντροειδών των οµάδων. 3. Μεταβίβαση του κάθε σηµείου στο κεντροειδές της κοντινότερης οµάδας. 4. Υπολογισµός των νέων κεντροειδών των οµάδων. 5. Επανάληψη µέχρι να συγκλίνει ο αλγόριθµος σε κάποιο κριτήριο. 34

35 Ο αλγόριθμος ξεκινά διαχωρίζοντας τα αρχικά σηµεία σε k αρχικά σύνολα είτε τυχαία είτε χρησιμοποιώντας ευριτικά δεδομένα. Στη συνέχεια υπολογίζει το µμεσαίο ή το κεντροειδές του κάθε συνόλου, υλοποιεί νέο διαχωρισµό ώστε το κάθε σηµείο να σχετίζεται µε το κοντινότερο κεντροειδές. Έπειτα τα κεντροειδή επαναϋπολογίζονται για τις νέες οµάδες, ο αλγόριθμος επαναλαμβάνει τα δυο βήµατα ωσότου τα σηµεία δεν µπορούν να αλλάξουν οµάδες (ή εναλλακτικά τα κεντροειδή παραµένουν αµετάβλητα). Ο αλγόριθµος αυτός παραµένει διάσηµος επειδή τείνει σε κάποιο όριο πολύ γρήγορα. Όσον αφορά την απόδοση ο αλγόριθµος δεν εγγυάται ότι θα αγγίξει το βέλτιστο. Η ποιότητα της τελική λύσης εξαρτάται πολύ από το αρχικό σύνολο οµάδων και µπορεί να είναι πολύ χαµηλότερη από το συνολικό βέλτιστο. Επίσης ένα άλλο μειονέκτημα του αλγόριθμου είναι ότι ο αριθµός των οµάδων πρέπει να οριστεί εξαρχής. 3.5 Τρόπος διαλογής Πλέον στις σύγχρονες βιομηχανίες η διαλογή των προϊόντων γίνεται αυτόματα, για να επιτευχθεί αυτό χρειάζεται να υπάρχει ένα ολοκληρωμένο σύστημα που να πλαισιώνεται με μηχανοκίνητους ιμάντες μεταφοράς, scanners ταυτοποίησης προϊόντων (RF), βάσεις που περιστρέφονται και κινητήρες, έτσι επιτυγχάνεται όχι μόνο η αύξηση της παραγωγικής ικανότητας, αλλά και ο περιορισμός των λαθών διαλογής κάτι που είναι πολύ σημαντικό καθώς η διαλογή προϊόντων μπορεί να γίνει σε πολλούς κλάδους όπως σε ανακυκλώσιμα υλικά, τρόφιμα, διάφορα υλικά (μέταλλα, χώμα κ.α) αλλά και σε φάρμακά μια κατηγορία προϊόντων που απαιτείται μεγάλη ακρίβεια, έτσι έχουμε ως τελικό αποτέλεσμα την διαλογή των προϊόντων η οποία μπορεί να γίνει με διάφορα κριτήρια (π.χ. βάρος, μέγεθος, χρώμα κ.α). Πλεονεκτήματα αυτοματοποιημένης διαλογής 1. Καλύτερη αξιοποίηση των πόρων της εταιρείας. 2. Αύξηση παραγωγικότητας. 3. Ακριβέστερη και αξιόπιστη πρόβλεψη των χρόνων παράδοσης. 4. Μείωση χρόνου αναμονής για παράδοση. 3.6 Κινηματική λειτουργία του συστήματος Ακολουθώντας λοιπόν τις σύγχρονες απαιτήσεις που υπάρχουν πλέον στο τομέα της διαλογής αντικειμένων και λαμβάνοντας υπόψη όσα έχουν αναφερθεί προηγουμένως προχωρήσαμε και εμείς στην υλοποίησης του δικού μας συστήματος το προσπαθήσαμε να το κάνουμε το ίδιο λειτουργικό και αποτελεσματικό με τα προϋπάρχοντα συστήματα αλλά πάντα με την διάθεση και τον σκοπό να γίνει ακόμα καλύτερο. Έτσι το σύστημα μας διαθέτει τον επεξεργαστή που είναι και υπεύθυνος για την λειτουργία ολόκληρου του συστήματος, υπάρχει ο κινητήρας που περιστρέφει τον ιμάντα και είναι τοποθετημένος στην πόρτα Α του επεξεργαστή, στην συνέχεια υπάρχει ο αισθητήρας χρώματος που διαβάζει το χρώμα τον αντικειμένων που περνάνε και σε κάθε διάβασμα υπάρχει μία χρονοκαθηστέρηση 2 sec για να προλάβει το αντικείμενο να περάσει και να μην ξαναδιαβαστεί το ίδιο, αυτός ο αισθητήρας είναι συνδεμένος στην πόρτα ένα 1 του επεξεργαστή, έπειτα υπάρχει το αισθητήριο 35

36 αρχικής θέσης το οποίο είναι συνδεμένο στην πόρτα 2 και ο σκοπός του είναι να αρχικοποιεί τα καλαθάκια που θα γίνεται ο διαχωρισμός. Όταν λοιπόν ξεκινήσει το σύστημα μας αρχίζει η περιστροφή του ιμάντα ο οποίος δουλεύει στο 5% της ταχύτητας του στην συνέχεια διαβάζει η κάμερα τα αντικείμενα που περνάνε ώστε να γίνει ο διαχωρισμός, αφού αναγνωριστεί το χρώμα του αντικειμένου περιστρέφεται ο κινητήρας (δεξιόστροφα) που είναι τα καλάθια ώστε να αποθηκευτούν ξεχωριστά τα αντικείμενα βάση του χρώματος τους. Αν το αντικείμενο είναι κόκκινο το περιστρέφεται κατά 90 ο μοίρες ώστε να έρθει το σωστό καλάθι, αν είναι πράσινο περιστρέφεται 180 ο μοίρες, αν είναι μπλε περιστρέφεται 260 ο μοίρες και τέλος σε περίπτωση που είναι οποιοδήποτε άλλο χρώμα παραμένει στην αρχική θέση ώστε να αποθηκεύονται εκεί όλα τα άλλα χρώματα. Το σύστημα είναι σε θέση να δουλεύει μέχρι ο χρήστης να το σταματήσει εφόσον γίνει αυτό πατώντας το κατάλληλο πλήκτρο τότε φρενάρει ο ιμάντας εμφανίζει στην οθόνη τα αποτελέσματα για 15 sec και έπειτα αρχικοποιείτε ξανά η οθόνη και περιμένει να πατηθεί το πλήκτρο που θα το θέσει ξανά σε λειτουργία. Πράσινο 180 μοίρες Μπλέ 260 μοίρες Βάση του κινητήρα Κόκκινο 90 μοίρες Διάφορα χρώματα- Αρχική θέση Σχήμα Δεξιόστροφη περιστροφή του κινητήρα 36

37 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 - ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ 4.1 Μοντέλο V Η ανάθεση της παρούσας πτυχιακής εργασίας έγινε τον Νοέμβριο του 2012 και ως εκ τούτου άμεσα άρχισαν οι διαδικασίες του χρονοπρογραμματισμού, των απαιτήσεων και προδιαγραφών. Έτσι ακολουθήθηκαν πιστά οι προσταγές της τεχνολογίας λογισμικού με αποτέλεσμα την άμεση σχεδίαση ενός μοντέλου V (εικόνα 4.1) διεργασιών ανάπτυξης λογισμικού, το οποίο θα κρατούσε οργανωμένη την δομή του έργου. Απαιτήσεις Επικύρωση Προδιαγραφές Επαλήθευση Αρχιτεκτονική Σχεδίαση Συνένωση Συστήματος Λεπτομερής Σχεδίαση Συνένωση Μερών Υλοποίηση και Εκσφαλμάτωση Εικόνα Mοντέλο διεργασιών ανάπτυξης λογισμικού V 37

38 Όπως φαίνεται στο μοντέλο V κάθε επόμενο στάδιο προϋποθέτει την ολοκλήρωση του προηγούμενου. Για τους σκοπούς της παρούσας πτυχιακής εργασίας το μοντέλο αυτό ακολουθήθηκε παράλληλα δύο φορές μια για το λογισμικό και μία για το υλικό. Όλα αυτά είχαν μια κοινή αρχή, την ανάλυση των απαιτήσεων που θα διασαφήνιζαν τι λογισμικό και τι υλικό θα έπρεπε να δημιουργηθεί Χαρακτηριστικά Μοντέλου V Ακολουθιακό μοντέλο Οι μέθοδοι επαλήθευσης δίνονται στο αργότερο δυνατό σημείο, αλλά μπορεί να αρχίσουν το νωρίτερο δυνατό! Η φύση του λογισμικού και το επίπεδο επικινδυνότητας καθορίζει ποιες μέθοδοι θα εφαρμοστούν Αν παραλειφθούν ή συνενωθούν κάποιες φάσεις, οι μέθοδοι επαλήθευσης μεταπίπτουν στην προηγούμενη φάση Απαιτήσεις, προδιαγραφές και επαλήθευση δεν παραλείπονται ποτέ! 4.2 ΠΙΝΑΚΑΣ S,P,Q,R S,P,Q,R. (Specifications, Project, Quality, R&D): S P Q R Specifications Project Quality R&D Απαιτήσεις Προδιαγραφές -Εκθέσεις Εξόδου -Χρονοδιαγράμματα -Δείκτες -Σχέδια -Δελτίο Προγράμματος -Αποτελέσματα Δοκιμών -Σχέδια Τεστ -Σχεδιασμός Τεστ -Αποτελέσματα Επαλήθευσης και Επικύρωσης -Ανάλυση Επικινδυνότητας -Τεκμηρίωση Σχεδιασμού -Σχεδιασμός Τεστ και Αποτελέσματα -Σχέδια HW και μηχανικών μερών -Πίνακας ιχνηλασιμότητας -Λογισμικό 38

39 4.3 Χρονοπρογραμματισμός Ο αρχικός χρονοπρογραμματισμός για το έργο αυτό είναι ο ακόλουθος που φαίνεται στο διάγραμμα Gantt. Χρόνος / Δραστηριότητες 1 ο /Νοε 2 ο/ Νοε 3 ο/ Νοε 1 ο/ Δεκ 2 ο / Δεκ 3 ο / Δεκ 1 ο/ Ιαν 2 ο / Ιαν 3 ο / Ιαν 1 ο/ Φεβ 2 ο / Φεβ 3 ο / Φεβ 1 ο/ Μαρ 2 ο / Μαρ 3 ο / Μαρ 1 ο/ Απρ 2 ο / Απρ 3 ο / Απρ 1 ο/ Μαι 2 ο / Μαι 3 ο / Μαι 1 ο/ Ιουν 2 ο / Ιουν 3 ο / Ιουν 1 ο/ Ιουλ 2 ο / Ιουλ 3 ο / Ιουλ 1 ο/ Αυγ 2 ο / Αυγ 3 ο Αυγ Απαιτήσεις Προδιαγραφές Σχεδίαση SW / HW Υλοποίηση SW / HW Έλεγχος Μονάδων Συνένωση Έλεγχος Συστήματος Πίνακας Διαγράμματος Gantt 1 1 Ο κάθε μήνας χωρίζεται σε τρία δεκαήμερα 39

40 4.4 Αρχιτεκτονικό σχέδιο Πλήκτρο έναρξης Πλήκτρο τερματισμού Αισθητήριο χρώματος Αισθητήριο αρχικής θέσης Επεξεργαστής EV3 Κινητήρας ιμάντα Κινητήρας για τα καλαθάκια διαχωρισμού Οθόνη Μεγάφωνο Αρχιτεκτονικό σχέδιο του συστήματος (εικόνα 4.4.1) 40

41 4.5 Απαιτήσεις λειτουργίας Οι απαιτήσεις που παρουσιάζονται στο παράρτημα Γ έχουν εξαχθεί μετά από την λεπτομερή ανάλυση του παρακάτω κειμένου. Το σύστημα πρέπει να μπορεί να μεταφέρει αντικείμενα τα οποία θα μπορεί να τα αναγνωρίζει σύμφωνα με το χρώμα τους και στην συνέχεια να κάνει των διαχωρισμό τους πάντα με βάση το χρώμα τους, η μεταφορά των αντικειμένων θα γίνεται με ταινία μεταφοράς και η αναγνώριση των χρωμάτων από κατάλληλο αισθητήρα. Θα ενεργοποιείται όταν το επιλέξει ο χρήστης πατώντας το κατάλληλο πλήκτρο και θα πρέπει να είναι σε θέση να δουλεύει συνέχεια μέχρι να επιλέξει πάλι ο χρήστης των τερματισμό της λειτουργίας του πατώντας κάποιο άλλο πλήκτρο. Κατά την διάρκεια της λειτουργίας του συστήματος ο χρήστης θα πρέπει να έχει την δυνατότητα να επέμβει ώστε να σταματήσει η λειτουργία του συστήματος εφόσον αυτό κριθεί απαραίτητο. Ο διαχωρισμός των αντικειμένων θα πρέπει να γίνεται σε τέσσερα διαφορετικά σημεία τα τρία θα είναι βάση των χρωμάτων που έχουν επιλεγεί και το τέταρτο για όλα τα άλλα χρώματα. Θα πρέπει να έχει μια οθόνη που να εμφανίζει κάποια αποτελέσματα, καθώς θα πρέπει να έχει την δυνατότητα να μας δείχνει πόσα αντικείμενα του κάθε χρώματος έχουν περάσει. Τέλος το σύστημα θα πρέπει να είναι αυτόνομο και η λειτουργία του να γίνεται με μπαταρίες και να μπορεί να προσαρμόζεται σε διάφορα άλλα συστήματα. 41

42 4.6 Πίνακας FURPS F ΑΠΑΙΤΗΣΗ ΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ ΛΟΓΙΚΗ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ ΔΙΕΠΑΦΕΣ Το σύστημα θα Κινητήρας ταινίας πρέπει να μεταφοράς μεταφέρει μόνο του τα αντικείμενα που θα είναι προς επεξεργασία. F F Πρέπει να έχει την δυνατότητα να αναγνωρίζει το χρώμα των αντικειμένων που διέρχονται από τον αισθητήρα. Θα πρέπει να μπορεί να κάνει τον διαχωρισμό των αντικειμένων σύμφωνα με το χρώμα τους. Αισθητήρας χρώματος Ενεργοποίηση του αισθητήρα χρώματος, διάβασμα αναμονή για 2 sec μέχρι να περάσει το αντικείμενο και επανάληψη της ίδιας λειτουργίας. Αν γίνει η αναγνώριση του χρώματος ενεργοποίηση του κινητήρα με τους χώρους διαχωρισμού Κινητήρας με τους χώρους διαχωρισμού F Το σύστημα θα ενεργοποιείται όταν το επιλέξει ο χρήστης πατώντας το κατάλληλο πλήκτρο. Πλήκτρο ενεργοποίηση ς Αν πατηθεί το πλήκτρο ενεργοποίησης ξεκινάει ο ιμάντας μεταφοράς και το αισθητήριο διαβάζει μέχρι να βρει αντικείμενο Κινητήρας ταινίας μεταφοράς και αισθητήριο χρώματος Οθόνη F Ο τερματισμός της λειτουργίας του θα πρέπει να γίνεται από τον χρήστη πατώντας το κατάλληλο πλήκτρο οποιαδήποτε στιγμή και αν χρειαστεί. Πλήκτρο τερματισμού Μόλις πατηθεί το πλήκτρο τερματισμού διακόπτεται η λειτουργία του συστήματος Οθόνη F, U Το σύστημα θα διαχωρίζει τα αντικείμενα σε τέσσερα διαφορετικά σημεία τα τρία σύμφωνα με τα χρώματα που έχουν επιλεγεί και ένα για όλα τα Όταν γίνει η αναγνώριση του χρώματος ενός αντικειμένου αυτόματα ενεργοποιείται ο κινητήρας με τα καλάθια διαχωρισμού Κινητήρας με τους χώρους διαχωρισμού 42

43 άλλα χρώματα. F Θα πρέπει να έχει μια οθόνη ώστε να παρουσιάζονται τα αποτελέσματα. Οθόνη U Πρέπει να έχει την δυνατότητα να εμφανίζει πόσα αντικείμενα από κάθε χρώμα έχουν περάσει. Μόλις πατηθεί το πλήκτρο τερματισμού πρέπει να εμφανίζει τα αποτελέσματα στην οθόνη του συστήματος Οθόνη 4.7 Πινάκας ιχνηλασιμότητας Απαιτήσεις (Requirements) Προδιαγραφές (Specifications) Σχέδιο ελέγχου (Testing) R1 S2 T2 R2 S3 T3 R3 S5,S3 T5 R4 S8 T7 R5 - - R6 S6 - R7 S1 T1 R8 - - R9 - - R10 S8 - R

44 4.8 Σχέδια ελέγχου Μετά από την εξαγωγή απαιτήσεων και προδιαγραφών προέκυψε η ανάγκη για σχέδια ελέγχου της κάθε προδιαγραφής ξεχωριστά, έτσι ώστε να ελεγχθεί η κάθε λειτουργία του συστήματος διεξοδικά. ΤΙΤΛΟΣ Τ1 Έλεγχος S1 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ Έλεγχος για την σωστή λειτουργία του πλήκτρου έναρξης. ΑΝΑΜΕΝΟΜΕΝΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Όταν το πλήκτρο έναρξης πατηθεί πρέπει το σύστημα μας να τίθεται σε λειτουργία. ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ - ΤΙΤΛΟΣ Τ2 Έλεγχος S2 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ Έλεγχος για την σωστή λειτουργία κινητήρα του ιμάντα μεταφοράς. ΑΝΑΜΕΝΟΜΕΝΑ Όταν το σύστημα τεθεί σε λειτουργία πρέπει να ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ενεργοποιηθεί ο κινητήρας που περιστρέφει των ιμάντα μεταφοράς. ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ - ΤΙΤΛΟΣ Τ3 Έλεγχος S3 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ Έλεγχος για την σωστή τοποθέτηση και λειτουργία του αισθητήρα αναγνώρισης χρώματος. ΑΝΑΜΕΝΟΜΕΝΑ Ο αισθητήρας χρώματος πρέπει να τοποθετηθεί ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ σε ένα σημείο κάθετα πάνω από τον ιμάντα μεταφοράς χωρίς όμως να έρχεται σε επαφή μαζί του έτσι ώστε να περνάει ενδιάμεσα τους το αντικείμενο και να γίνεται η αναγνώριση του, αφού γίνει η αναγνώριση του αντικειμένου περιμένει για 2 sec και έπειτα συνεχίζει την αναγνώριση νέων αντικειμένων. ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ - ΤΙΤΛΟΣ Τ4 Έλεγχος S4 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ Έλεγχος του αισθητήρα αρχικής θέσης. ΑΝΑΜΕΝΟΜΕΝΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Όταν το σύστημα ενεργοποιείται πρέπει ο κινητήρας που υπάρχουν τα καλάθια διαχωρισμού να πηγαίνει στην αρχική θέση. ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ - ΤΙΤΛΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΑΝΑΜΕΝΟΜΕΝΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Τ5 Έλεγχος S5 Έλεγχος του κινητήρα με τα καλάθια διαχωρισμού. Όταν γίνεται η αναγνώριση του χρώματος ενός αντικειμένου πρέπει αυτόματα ο κινητήρας να περιστρέφεται και φέρνει το κατάλληλο χώρο 44

45 ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ αποθήκευσης στο τέλος της ταινίας ώστε να γίνει ο διαχωρισμός των αντικειμένων. Η περιστροφή γίνεται δεξιόστροφα κατά 90 ο μοίρες για το κόκκινο, 180 ο μοίρες για το πράσινο και 260 ο μοίρες για το μπλε χρώμα. ΤΙΤΛΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΑΝΑΜΕΝΟΜΕΝΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Τ5 Έλεγχος S5 Έλεγχος για την σωστή λειτουργία της οθόνης. Μετά τον τερματισμό του συστήματος πρέπει να εμφανίζονται στην οθόνη τα αποτελέσματα. ΤΙΤΛΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΑΝΑΜΕΝΟΜΕΝΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Τ6 Έλεγχος S6 Έλεγχος για την σωστή καταμέτρηση των αντικειμένων. Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας το σύστημα θα πρέπει να μας ενημερώνει για τον αριθμό των αντικειμένων του κάθε χρώματος που πέρασε. ΤΙΤΛΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΑΝΑΜΕΝΟΜΕΝΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Τ7 Έλεγχος S7 Έλεγχος για το πλήκτρο τερματισμού του συστήματος. Όταν το πλήκτρο τερματισμού του συστήματος πατηθεί θα πρέπει ο ιμάντας μεταφοράς να φρενάρει και στην οθόνη να εμφανιστούν τα αποτελέσματα για 15 sec. ΤΙΤΛΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΑΝΑΜΕΝΟΜΕΝΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Τ8 Έλεγχος S8 Έλεγχος για την καλή λειτουργία των μπαταριών. Το σύστημα πρέπει να είναι αυτόνομο και η λειτουργία του να γίνεται με μπαταρίες. 4.9 Υλοποίηση Οι εργασίες κατασκευής αυτής της πτυχιακής εργασίας ξεκίνησαν τον Νοέμβριο του Πιο συγκεκριμένα οι πρώτες κινήσεις που έγιναν ήταν να εντοπισθούν τα κατάλληλα υλικά που απαιτούντα ώστε να μπορέσει να γίνει υλοποιήσιμο ένα τέτοιο σύστημα. Έτσι αρχικά ξεκίνησε η έρευνα για τον αισθητήρα χρώματος που είναι και το βασικό τμήμα αυτής της πτυχιακής εργασίας, στην συνέχεια έπρεπε να επικεντρωθούμε στον τρόπο μεταφοράς των αντικειμένων, μετά από έρευνα στο διαδίκτυο και μελέτη παρόμοιων συστημάτων καταλήξαμε στο συμπέρασμα πως ο 45

46 καλύτερος τρόπος μεταφοράς μπορεί να γίνει με έναν ιμάντα. Συνεπώς η επόμενη κίνηση μας ήταν να βρούμε τον κατάλληλο ιμάντα αλλά και τον κινητήρα που θα περιστρέφει τον ιμάντα. Η καλύτερη λύση ήταν ένας βηματικός κινητήρας ώστε να μπορούμε να ελέγχουμε πλήρως την κίνηση που θέλουμε να κάνει ο ιμάντας. Το επόμενο βήμα ήταν να βρούμε με ποιόν τρόπο θα γίνεται ο διαχωρισμός των αντικειμένων, έτσι αποφασίσαμε να υπάρχει ένας κινητήρας που θα περιστρέφει μια βάση πάνω στην οποία θα είναι τοποθετημένα κάποια δοχεία ώστε να γίνεται ο διαχωρισμός των αντικειμένων, ο κινητήρας αυτός τοποθετήθηκε στο τέλος της ταινίας όπου μετά την αναγνώριση του χρώματος από το αισθητήριο αυτόματα περιστρέφει την βάση στην κατάλληλη θέση ώστε να πέσει το αντικείμενο εκεί που πρέπει. Εκεί δημιουργήθηκε μία απαίτηση για το σύστημα μας καθώς έπρεπε ο συγκεκριμένος κινητήρας να βρίσκετε πάντα σε μία αρχική θέση, γι αυτό τον λόγο χρειάσθηκε και ένα αισθητήριο που να αρχικοποιεί τον συγκεκριμένο κινητήρα. Τέλος στο σύστημα τοποθετήθηκε μια οθόνη ώστε για να μας ενημερώνει σχετικά με τα αποτελέσματα από την αναγνώριση των αντικειμένων Προβλήματα Τα προβλήματα που αντιμετωπίστηκαν κατά την εκπόνηση της παρούσας πτυχιακής εργασίας ήταν αρκετά και ποικιλόμορφα. Ξεκινώντας από το αισθητήριο χρώματος το οποίο είχε παρεμβολές ανάλογα με τον φωτισμό που επικρατούσε στο περιβάλλον που βρισκόταν το σύστημα μας, καθώς ανάλογα με την φωτεινότητα που επικρατούσε υπήρχε πρόβλημα στον προσδιορισμό του χρώματος. Έτσι μετά από την δοκιμή κάποιων αισθητήρων καταλήξαμε στον αισθητήρα χρώματος της lego που ήταν και ότι πιο αξιόπιστο είχαμε συναντήσει. Ένα επόμενο πρόβλημα ήταν ο ιμάντας μεταφοράς των αντικειμένων καθώς έπρεπε να έχει ένα ουδέτερο χρώμα διότι ανάλογα με τους διάφορους ιμάντες που χρησιμοποιήσαμε και την απόχρωση που είχε ο κάθε ιμάντας διαπιστώσαμε ότι δημιουργείται πρόβλημα στο αισθητήριο και δεν μπορούσε να αναγνωρίσει ακριβώς το χρώμα του αντικειμένου που περνούσε, έτσι καταλήξαμε σε έναν ιμάντα με άσπρο χρώμα. Τέλος ένα ακόμη πρόβλημα που είχαμε ήταν σχετικά με τους κινητήρες που θα έχει το σύστημα μας. Οι πρώτες δοκιμές ήταν με κινητήρα συνεχούς ρεύματος αλλά επειδή ο συγκεκριμένος κινητήρας δεν μπορούσε λειτουργήσει τόσο ομαλά και να μας δώσει την ακρίβεια που χρειαζόμασταν επιλέχτηκε τελικά ο βηματικός κινητήρας ώστε να έχουμε τα επιθυμητά αποτελέσματα. 46

47 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 - ΕΠΙΛΟΓΟΣ Φτάνοντας στο τέλος αυτής της πτυχιακής εργασίας θα ήταν σωστό να γίνει μία αναφορά επιγραμματικά στις καταστάσεις όπως εξελίχθηκαν κατά την εκπόνηση της. Τα θετικά σημεία του έργου αυτού είναι όλες εκείνες οι γνώσεις που αποκομίσθηκαν ήμερα με την μέρα και η απόκτηση ψυχραιμίας που πρέπει να επικρατεί καθ όλη την διάρκεια ενός έργου. Πρέπει να αποφεύγονται αισθήματα απογοήτευσης διότι είναι η φυσική εξέλιξη των πραγμάτων, αρχικά ένα υποσύστημα είναι πιθανών να μην δουλευτεί αλλά με αλλαγές και αρκετό έλεγχο θα λειτουργήσει αποδεκτά. Καλό θα ήταν να αποφεύγονται και οι έντονες ενθουσιώδης αντιδράσεις. Επίσης θετικό σημείο ήταν η εκπαίδευση στην ταχύτητα και την ευελιξία που απαιτείται για να ανακάμψει κανείς από μία μη παραγωγική φάση που έχει να κάνει με την ανάπτυξη ενός έργου. 5.1 Αποτελέσματα Οι αρχικές ιδέες που είχαν τεθεί ως στόχος τηρήθηκαν και το αποτέλεσμα είναι η επιτυχής σχεδίαση και υλοποίηση ενός αυτοματοποιημένου συστήματος αναγνώρισης χρώματος και διαχωρισμού αντικειμένων. Αυτό καθιστά πλέον πολύ πιο εύκολη την συγκεκριμένη διαδικασία στη γραμμή παραγωγής μίας εταιρίας καθώς επίσης ανεβάζει τα ποσοστά ταχύτητας, αξιοπιστίας και ακρίβειας. Έτσι μετά από αρκετές δοκιμές το σύστημα ανταποκρίθηκε με όσα προβλέπουν οι απαιτήσεις μας. 5.2 Προτάσεις για ανάπτυξη Η πρόταση για βελτίωση αυτού του συστήματος έχει να κάνει με τον τρόπο που μπορεί να γίνεται ο διαχωρισμός των αντικειμένων. Έτσι θα μπορούσε να εξελιχθεί ο τρόπος διαχωρισμού με κριτήρια τα οποία εκτός από το χρώμα θα ήταν το μέγεθος, το βάρος και το σχήμα των αντικειμένων, μεμονωμένα το καθένα αλλά και σε συνδυασμό εφόσον αυτό κριθεί απαραίτητο. Επίσης θα μπορούσε να αναπτυχθεί ένα επιπλέον υποσύστημα το οποίο θα αποτελούνταν πιθανών από κάποιους βραχίονες και θα είχε την δυνατότητα να τροφοδοτεί το υπάρχον σύστημα μας με τα αντικείμενα που θα είναι προς αναγνώριση και διαχωρισμό. Έτσι θα μπορούσαμε να πούμε πως πλέον θα έχει δημιουργηθεί ένα σύστημα το οποίο θα είναι πλήρως αυτοματοποιημένο και πιθανών ένα από τα πιο εξελιγμένα στο τομέα του. 47

48 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α - ΕΓΧΕΙΡΙΔΙΟ ΧΡΗΣΤΗ Το σύστημα που αναπτύχθηκε έχει δύο σημεία διεπαφής με τον χρήστη. Το πρώτο είναι από χειριστήρια ελέγχου που γίνεται η έναρξη και ο τερματισμός της λειτουργίας του και το δεύτερο είναι από την οθόνη του συστήματος. Όπως βλέπουμε στην παραπάνω εικόνα το σύστημα μας έχει δύο πλήκτρα. Το πλήκτρο με το άνω βέλος είναι αυτό που θέτει σε λειτουργία το σύστημα μας ενώ αυτό με το κάτω βέλος είναι υπεύθυνο για τον τερματισμό της λειτουργίας και την εμφάνιση των αποτελεσμάτων. 48

49 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β - ΛΕΞΙΚΟ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΤΕΧΝΙΚΗ ΟΡΟΛΟΓΙΑ FURPS ΠΙΝΑΚΑΣ S,P,Q,R ΕΝΝΟΙΑ Functionality, Usability, Reliability, Performance, Supportability Specifications, Project, Quality, R&D 49

50 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Γ - ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ Στο παράρτημα αυτό παρουσιάζονται οι απαιτήσεις όπως αυτές έχουν αναλυθεί και χωριστεί σε κατηγορίες. Έχει γίνει χρήση του εργαλείου FRUPS ώστε να είναι βέβαιο πως υπάρχουν απαιτήσεις που να είναι ολοκληρωμένες. Functionality 1. Το σύστημα θα πρέπει να μεταφέρει μόνο του τα αντικείμενα που θα είναι προς επεξεργασία. 2. Πρέπει να έχει την δυνατότητα να αναγνωρίζει το χρώμα των αντικειμένων που διέρχονται από τον αισθητήρα. 3. Θα πρέπει να μπορεί να κάνει τον διαχωρισμό των αντικειμένων σύμφωνα με το χρώμα τους. 4. Θα πρέπει να είναι σε θέση να δουλεύει συνέχεια μέχρι να επιλέξει ο χρήστης τον τερματισμό της λειτουργίας του. 5. Το σύστημα θα διαχωρίζει τα αντικείμενα σε τέσσερα διαφορετικά σημεία τα τρία σύμφωνα με τα χρώματα που έχουν επιλεγεί και ένα για όλα τα άλλα χρώματα. 6. Θα πρέπει να έχει μια οθόνη ώστε να παρουσιάζονται τα αποτελέσματα. Usability 7. Το σύστημα θα ενεργοποιείται όταν το επιλέξει ο χρήστης πατώντας το κατάλληλο πλήκτρο. 8. Ο τερματισμός της λειτουργίας του θα πρέπει να γίνεται από τον χρήστη πατώντας το κατάλληλο πλήκτρο οποιαδήποτε στιγμή και αν χρειαστεί. Reliability 9. Πρέπει να έχει την δυνατότητα να εμφανίζει πόσα αντικείμενα από κάθε χρώμα έχουν περάσει. Performance 10. Το σύστημα θα είναι αυτόνομο και η λειτουργία του θα γίνεται με μπαταρίες. Supportability 11. Θα πρέπει να είναι εύκολα παραμετροποιούμενο ώστε να μπορεί να εγκατασταθεί και να συνεργαστεί και με άλλα συστήματα. 50

51 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Δ - ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ Στο παράρτημα αυτό παραθέτονται οι προδιαγραφές για το σύστημα το οποίο υλοποιήθηκε. ΤΙΤΛΟΣ ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΕΙΣΟΔΟΥ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΕΙΣΟΔΟΥ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΠΛΕΥΡΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΠΡΟΥΠΟΘΕΣΗ - ΕΞΟΔΟΙ - ΠΡΟΟΡΙΣΜΟΣ - S1 Πλήκτρο έναρξης συστήματος - - Όταν πατηθεί το πλήκτρο έναρξης θα πρέπει το σύστημα να τίθεται σε λειτουργία. - ΤΙΤΛΟΣ ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΕΙΣΟΔΟΥ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΕΙΣΟΔΟΥ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΠΛΕΥΡΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΠΡΟΥΠΟΘΕΣΗ ΕΞΟΔΟΙ ΠΡΟΟΡΙΣΜΟΣ S2 Λειτουργία κινητήρα μεταφοράς - - Όταν ενεργοποιηθεί το σύστημα αυτόματα ο κινητήρας μεταφοράς ξεκινάει να περιστρέφει τον ιμαντά - Να έχει πατηθεί το πλήκτρο έναρξης του συστήματος. Εντολή για περιστροφή του κινητήρα. Ιμάντας μεταφοράς ΤΙΤΛΟΣ ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΕΙΣΟΔΟΥ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΕΙΣΟΔΟΥ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΠΛΕΥΡΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ S3 Ανάγνωση αισθητηρίου χρώματος Αισθητήριο ανάγνωσης χρώματος Σήμα στον επεξεργαστή του συστήματος Όταν το αισθητήριο προχωρήσει στην αναγνώριση ενός χρώματος πρέπει να ενεργοποιηθεί ο κινητήρας διαχωρισμού των αντικειμένων. Εσφαλμένη ένδειξη από το αισθητήριο. Αυξομείωση στην φωτεινότητα του ευρύτερου 51

52 χώρου που βρίσκεται το σύστημα. ΠΡΟΥΠΟΘΕΣΗ Να περιστρέφεται ο ιμάντας ώστε να πλησιάσουν τα αντικείμενα στον αισθητήρα. ΕΞΟΔΟΙ - ΠΡΟΟΡΙΣΜΟΣ - ΤΙΤΛΟΣ ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΕΙΣΟΔΟΥ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΕΙΣΟΔΟΥ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΠΛΕΥΡΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΠΡΟΥΠΟΘΕΣΗ ΕΞΟΔΟΙ ΠΡΟΟΡΙΣΜΟΣ S4 Ανάγνωση αισθητηρίου αρχικής θέσης Αισθητήριο αρχικής θέσης Επεξεργαστής που λαμβάνει δεδομένα από το αισθητήριο αρχικής θέσης. Όταν ενεργοποιηθεί το σύστημα πρέπει ο κινητήρας διαχωρισμού των αντικειμένων να αρχικοποιηθεί. Εσφαλμένη ένδειξη από το αισθητήριο. Παρενόχληση του αισθητηρίου από κάποιο αντικείμενο. Να έχει ενεργοποιηθεί το σύστημα. Εντολή στον κινητήρα. Κινητήρας διαχωρισμού αντικειμένων ΤΙΤΛΟΣ ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΕΙΣΟΔΟΥ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΕΙΣΟΔΟΥ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ S5 Λειτουργία κινητήρα διαχωρισμού - Αισθητήριο αρχικής θέσης Ο κινητήρας διαχωρισμού θα πρέπει όταν γίνει η αναγνώριση ενός χρώματος να περιστραφεί αυτόματα ώστε το αντικείμενο να πέσει στον κατάλληλο αποθηκευτικό χώρο και να μην περιστραφεί εάν το χρώμα του αντικειμένου δεν είναι κάποιο από τα επιλεγμένα. Εσφαλμένη ένδειξη από το αισθητήριο χρώματος. ΠΛΕΥΡΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΠΡΟΥΠΟΘΕΣΗ Να γίνει κάποια αναγνώριση ενός χρώματος. ΕΞΟΔΟΙ - ΠΡΟΟΡΙΣΜΟΣ Κινητήρας διαχωρισμού των αντικειμένων 52

53 ΤΙΤΛΟΣ ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΕΙΣΟΔΟΥ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΕΙΣΟΔΟΥ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΠΛΕΥΡΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΠΡΟΥΠΟΘΕΣΗ ΕΞΟΔΟΙ - ΠΡΟΟΡΙΣΜΟΣ Οθόνη S6 Λειτουργία οθόνης - - Η οθόνη πρέπει να ενεργοποιείτε όταν γίνει η έναρξη του συστήματος και όταν σταματήσει η αναγνώριση των χρωμάτων να μας εμφανίζει τα αποτελέσματα σχετικά με τα αντικείμενα. - Να έχει ενεργοποιηθεί το σύστημα. ΤΙΤΛΟΣ ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΕΙΣΟΔΟΥ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΕΙΣΟΔΟΥ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΠΛΕΥΡΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΠΡΟΥΠΟΘΕΣΗ - ΕΞΟΔΟΙ - ΠΡΟΟΡΙΣΜΟΣ - S7 Πλήκτρο τερματισμού - - Το σύστημα θα πρέπει να τερματίζει την λειτουργία του όταν πατηθεί το πλήκτρο τερματισμού. - ΤΙΤΛΟΣ ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΕΙΣΟΔΟΥ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΕΙΣΟΔΟΥ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΠΛΕΥΡΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΠΡΟΥΠΟΘΕΣΗ - ΕΞΟΔΟΙ - ΠΡΟΟΡΙΣΜΟΣ - S8 Αυτονομία συστήματος - - Το σύστημα θα είναι αυτόνομο και θα λειτουργεί με μπαταρίες. - 53

54 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ε - ΚΩΔΙΚΑΣ Εισαγωγή Το LabView είναι η πιο κομψή και δυνατή γλώσσα προγραμματισμού για τη συλλογή δεδομένων, την ανάλυση δεδομένων, την προσομοίωση και τον έλεγχο οργάνων και μετρήσεων μέσω υπολογιστή. Στηρίζεται στον γραφικό προγραμματισμό μέσω αντικειμένων και αποτελεί ένα καλό παράδειγμα του «αντικειμενοστραφή προγραμματισμού» (object oriented programming). Αυτός ο όρος χρησιμοποιείται στην πληροφορική σε αντιδιαστολή με τον λεγόμενο «προγραμματισμό διαδικασιών», όπου ο προγραμματιστής γράφει κώδικα εντολών που εκτελούνται με γραμμική διαδοχή. Στο γραφικό περιβάλλον του LabView ο προγραμματιστής δεν χειρίζεται κώδικα, αλλά γραφικά αντικείμενα, όπως κουμπιά, ενδείκτες, οθόνες ή τετραγωνίδια που παριστάνουν συναρτήσεις ή εκτελούν συγκεκριμένες λειτουργίες με τη μορφή υπορουτινών. Αυτά τα εικονίδια έχουν εισόδους και εξόδους και επιδέχονται προγραμματισμό των ιδιοτήτων τους. Το όνομα LabView είναι το ακρωνύμιο των λέξεων «Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench» (Σχεδιαστήριο για την Κατασκευή Εργαστηριακών Εικονικών Οργάνων) και αναπτύχθηκε κατά το τέλος της δεκαετίας του 80 από την εταιρία National Instruments. Η εταιρία αυτή ειδικεύεται σε συστήματα συλλογής δεδομένων, σε αισθητήρες, αυτοματισμούς και λογισμικό μετρήσεων και ελέγχου. Προγραμματίζοντας με τα αντικείμενα που μας δίνει το περιβάλλον του LabView δημιουργούμε τα λεγόμενα «εικονικά όργανα» (Virtual Instruments ή απλώς VIs). Η γραφική γλώσσα που χρησιμοποιεί το LabView για τον προγραμματισμό και τη δημιουργία εικονικών οργάνων ονομάζεται γλώσσα G. Είναι πάντως δυνατό να χρησιμοποιήσει κανείς το LabView σε απλό επίπεδο, χρησιμοποιώντας έτοιμα εικονικά όργανα, χωρίς να μπαίνει σε λεπτομέρειες με τη γλώσσα G. Στα σχήματα της επόμενης σελίδας παρουσιάζονται δύο απλά εικονικά όργανα που κατασκευάστηκαν με το γραφικό περιβάλλον LabView. Βλέπουμε ότι περιλαμβάνουν διάφορους μεταβολείς, ενδείκτες, οθόνες καταγραφής, κουμπιά επιλογής τιμών κλπ. Ένα εικονικό όργανο μπορεί να προσομοιώνει απλώς μια λειτουργία και να την παρουσιάζει στην οθόνη του υπολογιστή, για εκπαιδευτικούς σκοπούς. Όμως, είναι 54

55 δυνατό να συνδέεται με τις θύρες εισόδου/εξόδου του υπολογιστή ή με επιπρόσθετες κάρτες επέκτασης, προκειμένου να κάνει πραγματική εισαγωγή ή εξαγωγή δεδομένων. Στην περίπτωση αυτή ο υπολογιστής με τη βοήθεια των εισόδων και των εξόδων μετατρέπεται σε ένα ισχυρό εργαλείο μετρήσεων, με πολλές δυνατότητες επεξεργασίας δεδομένων. Σχ. 1 Εικονικός μετρητής μαγνητικού πεδίου 55

56 Σχ. 2 Μετρητής συχνοτικής απόκρισης Το LabView διαθέτει έναν αριθμό από έτοιμα VIs και ορισμένα εικονίδια συναρτήσεων που επιτρέπουν την επικοινωνία με όλα τα γνωστά πρωτόκολλα μετάδοσης δεδομένων. Έτσι, υπάρχουν έτοιμες λειτουργίες που επιτρέπουν τη συλλογή και μετάδοση δεδομένων μέσω της σειριακής θύρας του υπολογιστή, καθώς και μέσω της παράλληλης θύρας. Επίσης, υπάρχουν λειτουργίες για την ανταλλαγή δεδομένων με την κάρτα ήχου, καθώς και με κάρτες επέκτασης που χρησιμοποιούν το πρωτόκολλο GPIB ή ΙΕΕΕ 488. Εξάλλου, όλες οι κάρτες συλλογής δεδομένων της εταιρίας National Instruments είναι συμβατές με το LabView με τη βοήθεια ειδικών οδηγών που ενσωματώνονται στο λογισμικό. Το ίδιο συμβαίνει και με σημαντικό αριθμό άλλων οργάνων, για τα οποία κυκλοφορούν οδηγοί συμβατοί με το LabView. Έτσι, μέσω των πρωτοκόλλων επικοινωνίας (RS232, Centronics, IEEE488 ή TCP/IP) η πληροφορία που δημιουργείται στην οθόνη του υπολογιστή συνδέεται με πραγματικά όργανα, μέσω του λογισμικού. Όταν πατούμε ένα εικονικό κουμπί στην οθόνη, ενεργοποιείται ένας πραγματικός διακόπτης σε ένα εργαστηριακό όργανο. Σ αυτήν ακριβώς τη δυνατότητα, που επεκτείνει την απλή προσομοίωση ώστε να γίνεται εφικτός ο έλεγχος αληθινών οργάνων, βρίσκεται και η δύναμη του LabView ως λογισμικού μετρήσεων και ελέγχου. 56