Система моніторингу позиціювання об’єкта у просторі на базі одноплатного комп’ютеру Raspberry Pi

Abstract

Системи позиціонування застосовуються в різних сферах, включаючи навігацію, стеження, охорону здоров’я, туризм, виробництво та особисту безпеку тощо. Більшість сучасних мобільних пристроїв мають тріади акселерометрів, гіроскопів та магнітометрів, часто на додаток до них ставиться і датчик атмосферного тиску. Цей набір датчиків може допомогти виявити різке погіршення фізичного стану власника мобільного пристрою, проте далеко не всі смартфони здатні отримати данні про власне позиціонування у просторі та ще менше з них можуть робити це в автономному режимі довгий час. Актуальність магістерської роботи полягає в тому, що розроблений комплекс може використовуватися в найрізноманітніших сферах від автомобільної індустрії до охорони здоров’я. Мета магістерської роботи: розробити та оптимізувати програмно-апаратний комплекс моніторингу позиціювання об’єкту а просторі. Об’єкт дослідження магістерської роботи: процес отримання інформації щодо позиціювання апаратного забезпечення у просторі. Предмет дослідження магістерської роботи: методи та засоби отримання інформації щодо позиціювання апаратного забезпечення у просторі. Наукова новизна полягає в реалізації програмно-апаратного комплексу для моніторингу позиціювання об’єкту у просторі, який відрізняється простотою програмної частини, мінімального використання модулів, що зменшить затрати на побудову комплексу. Практичне значення отриманих результатів: після аналізу та підбиття підсумків щодо проаналізованого матеріалу, можна зрозуміти методи та принципи моніторингу позиціювання об’єкту у просторі, як їх використати при розробці апаратно-програмного комплексу. Робота пройшла апробацію під час XXV Всеукраїнської науково-практичної конференції «Могилянські читання» (Миколаїв, 07–11 листопада 2022 р.). Публікації. Основні положення магістерської роботи опубліковані у збірнику матеріалів XXV Всеукраїнської науково-практичної конференції «Могилянські читання–2022» Пояснювальна записка магістерської роботи складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, переліку джерел посилання, додатків та спеціальної частини з охорони праці. У вступі визначається актуальність теми, наведені задачі, які заплановано вирішити для досягнення поставленої мети. У першому розділі проводиться аналіз сфери та огляд існуючих аналогів систем моніторингу позиціювання. У другому розділі проведено огляд та підбір елементної бази для розробки апаратної частини кваліфікаційної роботи. У третьому розділі розроблено програмне забезпечення (ПЗ) для програмно-апаратного модулю. Розробка ПЗ здійснена в Thonny, програмна частина створювалась на мові програмування Python. В четвертому розділі розроблено прототип системи моніторингу позиціювання, а також протестовано розроблений прототип у різних умовах. У висновках наводяться підсумки проведеної роботи та основні переваги розробленої системи перед аналогами. У спеціальній частині з охорони праці та безпеки у надзвичайних ситуаціях проаналізовано систему заходів і засобів по запобіганню впливу на людину несприятливих факторів, які супроводжують роботу працівника ІТ-сфери. Виконано аналіз освітлення та мікрокліматичних умов на робочому місці, управління цивільним захистом на підприємстві у разі виникнення пожежі. Сторінок – 65 (без додатків). Рисунків – 24. Таблиць – 4. Джерел посилання – 25. Додатків – 2. Positioning systems are used in various fields, including navigation, tracking, healthcare, tourism, manufacturing, and personal security, etc. Most modern mobile devices have triads of accelerometers, gyroscopes and magnetometers, often in addition to them and an atmospheric pressure sensor. This set of sensors can help detect a sharp deterioration in the physical condition of the owner of the mobile device, but not all smartphones are able to receive data about their own positioning in space, and even fewer of them can do it in an autonomous mode for a long time. The relevance of the master's thesis lies in the fact that the developed complex can be used in a wide variety of areas, from the automotive industry to health care. The goal of the master's work: to develop and optimize a software and hardware complex for monitoring the positioning of an object in space. The object of research of the master's thesis: the process of obtaining information about the positioning of hardware in space. The subject of research of the master's work: methods and means of obtaining information on the positioning of hardware in space. The scientific novelty consists in the implementation of a software-hardware complex for monitoring the positioning of an object in space, which is characterized by the simplicity of the software part, the minimal use of modules, which will reduce the costs of building the complex. The practical significance of the obtained results: after the analysis and summing up of the analyzed material, it is possible to understand the methods and principles of monitoring the positioning of the object in space, how to use them in the development of the hardware and software complex. The work was approved during the XXV All-Ukrainian Scientific and Practical Conference "Mohyla Readings" (Mykolaiv, November 7-11, 2022). Publications. The main provisions of the master's thesis were published in the collection of materials of the XXV All-Ukrainian Scientific and Practical Conference "Mohyla Readings-2022" The explanatory note of the master's thesis consists of an introduction, four sections, conclusions, a list of reference sources, appendices and a special part on labor protection. In the introduction, the relevance of the topic is determined, the tasks that are planned to be solved in order to achieve the set goal are given. In the first section, an analysis of the field and an overview of existing analogues of positioning monitoring systems is carried out. In the second section, an overview and selection of the element base for the development of the hardware part of the qualification work was carried out. In the third section, the software (software) for the software-hardware module is developed. Software development was carried out in Thonny, the software part was created in the Python programming language. In the fourth chapter, a prototype of the positioning monitoring system was developed, and the developed prototype was tested in different conditions. The conclusions summarize the work carried out and the main advantages of the developed system over analogues. In the special part of the health and safety emergency, a system of measures and means to prevent adverse factors that accompany the work of an IT worker is analyzed. Analysis of lighting and microclimatic conditions at the workplace, management of civil protection at the enterprise in case of fire was performed. Pages – 65 (without appendices). Figures – 24. Tables – 4. References – 25. Appendices – 2.