В настоящее время единственный способ измерить лавиноопасные условия - это подняться на склон и вручную измерить угол, снежный покров и погодные условия, такие как температура и относительная влажность. Чтобы уберечь людей от опасности при определении лавинного риска, мы разработали Smart Avalanche Rover (SAR). Система SAR сводит к минимуму опасность анализа лавин, предоставляя удаленные средства для оценки температуры окружающей среды, относительной влажности, атмосферного давления, высоты, угла склона и профиля снежного покрова.
Мы многому научились в ходе проекта. Было несколько проблем, которые мы извлекли из опыта, когда занимались программированием, электрическими схемами и механической системой. Одной из больших проблем, с которыми мы столкнулись, был конфликт библиотек Arduino. Радиомодули, которые мы использовали для связи между контроллером и ровером, использовали Timer1, однако библиотека сервоприводов и библиотека драйверов двигателей, которые мы пытались использовать, также использовали Timer1. В итоге мы использовали более простые контроллеры двигателей вместо экрана и передали управление сервоприводом PIC. После этой проблемы мы научились следить за тем, чтобы не использовать конфликтующие библиотеки.
Мы также решили припаять все компоненты, чтобы ничего не могло отсоединиться. После пайки контроллера все работало отлично, однако при попытке пайки компонентов ровера что-то пошло не так. Произошло искрение, и на задней стороне одной из плат пайки вспыхнул настоящий пожар. После некоторых исследований мы определили, что избыточный поток вызывает искрение между компонентами, что приводит к потере тока и искрам. Нам пришлось отказаться от паяных плат и использовать вместо них макеты в марсоходе. Это не повредило нашей конструкции, поскольку в марсоходе было место для плат большего размера. Из этого следует извлечь урок: будьте осторожны при пайке.
Для управления марсоходом мы использовали несколько гусениц от Kyosho Blizzard RC, однако решили сами определить расположение колес на гусенице. Это привело к некоторым трудностям, потому что было плохо, когда гусеницы были слишком тугими, но также плохо, когда они были слишком свободными. Также было трудно заставить их работать с одинаковой скоростью. Мы преодолели потери на трение, используя ПИД-регулятор, поддерживающий работу двигателей на желаемой скорости. Урок, который следует извлечь из этого, заключается в том, что при использовании двигателей с колесами/гусеницами следует ожидать ошибок, поэтому рассмотрите возможность использования контура ПИД-регулятора для запуска двигателей на определенной скорости вместо определенного уровня мощности.
Весь проект занял около 3 месяцев. В конце трех месяцев было потрачено гораздо больше времени, чем в начале. Я бы посоветовал следовать заранее определенному плану и эффективно распределять время.
Насколько мы можем судить, это новый проект, который до сих пор никто не предпринимал. Мы не нашли никаких патентов, видео или публикаций о подобной системе.
Для корпуса мы бы использовали более тонкий пластик, чтобы сделать его легче. Также было бы здорово сделать возможность крепления к рюкзаку для удобства транспортировки. Для этого потребуется более компактная и легкая система и, следовательно, ее перепроектирование.
Если вы попытаетесь повторить это самостоятельно, вам придется приложить немало усилий. Над этим проектом в течение 3 месяцев работали 4 человека, и это все равно отнимало много времени. Кроме того, ожидайте многому научиться! Существует много разных способов кодирования Arduino и PIC; вам просто нужно будет выбрать свой любимый.
Резюме дизайна
Чтобы оценить вероятность схода лавины на определенном склоне, обычно измеряются температура окружающей среды, атмосферное давление, относительная влажность, угол склона и профиль снежного покрова. Лавины наиболее вероятны, когда температура выше нуля, угол наклона составляет 30-60 градусов и твердый паковый снег лежит на относительно мягком нижнем слое. Нынешнее состояние технологий анализа лавин требует, чтобы рейнджеры, исследователи и энтузиасты отдаленной местности должны выезжать на подозрительные склоны, чтобы отслеживать и проверять условия. Конструкция Smart Avalanche Rover (SAR) снижает опасность анализа лавин, предоставляя удаленные средства для оценки температуры окружающей среды, относительной влажности, атмосферного давления, высоты, угла наклона и профиля снежного покрова.
Система SAR движется по параллельным путям. Движение SAR контролируется пользователем с помощью специального модуля контроллера, который также показан. Пользователь управляет движением гусениц и тем самым марсохода с помощью джойстиков. Пользователь должен просто нажать джойстики вверх, чтобы переместить SAR вперед, и вниз, чтобы переместить его назад. Чтобы начать резкий поворот, джойстики можно толкать в противоположных направлениях. Система управления с обратной связью обеспечивает высокую производительность на крутых склонах и на пересеченной местности.
Требуемые данные о лавинном риске отображаются на экране контроллера по команде. Измерения температуры, относительной влажности, барометрического давления и высоты выполняются сенсорным модулем, встроенным в контроллер. Измерения угла наклона выполняются марсоходом, а значения отправляются и отображаются на экране контроллера. Указанный угол представляет собой ориентацию марсохода относительно горизонтали, направленной в направлении движения.
Для получения профиля снежного покрова включается модуль зонда и вбивает металлический стержень в снег. Пока штанга опускается, на экране пользователя в реальном времени отображается профиль давления в зависимости от глубины. После того как зонд опущен на всю длину, он автоматически возвращается в исходное положение. Затем можно изучить профиль глубины, чтобы оценить относительную плотность снежного покрова.
В случае, если поисково-спасательный аппарат попадет под лавину и впоследствии будет засыпан снегом, сработает автоматическая аварийная система и будет звучать сирена, пока марсоход не будет обнаружен. Аварийная система срабатывает, когда падающий свет блокируется с поверхности марсохода. Поэтому система может также указать, перевернулся ли марсоход. Эта система помогает пользователю найти устройство и может быть отключена перед использованием в ночное время или, если это нежелательно.