UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO Urš Vincetič RAZVOJ IN IZVEDBA PROTOTIPNEGA SISTEMA ZA VIZUALNO KOMISIONIRANJE Diplmsk del Maribr, avgust 2018
UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO Urš Vincetič RAZVOJ IN IZVEDBA PROTOTIPNEGA SISTEMA ZA VIZUALNO KOMISIONIRANJE Diplmsk del Maribr, avgust 2018
RAZVOJ IN IZVEDBA PROTOTIPNEGA SISTEMA ZA VIZUALNO KOMISIONIRANJE Diplmsk del Študent(ka): Študijski prgram: Urš Vincetič Univerzitetni študijski prgram Mehatrnika Mentr(ica) FERI: Mentr(ica) FS: Lektr(ica): dc. dr. Dark Hercg red. prf. dr. Tne Lerher Nina Pdlesnik
ZAHVALA Zahvala gre dc. dr. Darku Hercgu in red. prf.dr. Tnetu Lerherju za vs strkvn pmč, nasvete in hitr dzivnst v času razvijanja zaključnega dela. Prav tak bi se zahvalil svji družini za vs pdpr v času študija. I
Razvj in izvedba prttipnega sistema za vizualn kmisiniranje Ključne besede: kmisiniranje, prgramiranje, vizualn, mikrkrmilnik UDK: 004.414.32(043.2) Pvzetek V kviru diplmskega dela sm si zastavili cilj, da zasnujem in izdelam prttipni sistem za vizualn kmisiniranje. Ta b s pmčj aplikacije na računalniku, izdelane v prgramu LabVIEW in krmiljenega prikaza na LCD zaslnih, razvitega v prgramskem klju Arduin, mgčal lažj in hitrejš implementacij delavcev v prces kmisiniranja in sestavljanja kmpleksnejših bjektv. Sistem b samstjna enta v bliki knstrukcijske mize, ki b mbilna in hkrati dvlj stabilna, da mgča mirn in enstavn sestavljanje. II
Develpment and implementatin f a prttype fr»pick-t-light«rder picking system Key wrds: rder picking, prgramming, visual, micrcntrller UDK: 004.414.32(043.2) Abstract In the framewrk f the diplma thesis we set a gal f designing and cnstructing a prttype system fr visual rdering fulfillment, which will, thrugh applicatin made in LabVIEW n cmputer, cntrl micrcntrllers which use algrithm, develped in Arduin prgramming sftware, t display visual representatin accrdingly. This system will help with easier and faster implementatin f wrkers int a prcess f rder fulfillment jbs and will als guide its users thrugh assembly f cmplex bjects. The system will cme as a standalne cnstructin table, it will be mbile and at the same time stable enugh t allw easy assembly. III
KAZALO 1 UVOD... 1 2 SISTEMI ZA VIZUALNO KOMISIONIRANJE... 2 3 IDEJA IN OSNOVNA ZGRADBA SISTEMA... 5 4 IZBIRA KOMPONENT... 6 4.1 NABOR KOMPONENT... 6 4.2 KRITERIJI IZBIRE... 7 5 POMEMBNEJŠE KOMPONENTE SISTEMA... 11 5.1 LCD ZASLON NA DOTIK... 11 5.2 MIKROKRMILNIK... 14 6 PROGRAMSKI DEL... 16 6.1 POVEZAVA MIKROKRMILNIKA V WI-FI OMREŽJE... 16 6.2 KOMUNIKACIJA RAČUNALNIK-MIKROKRMILNIK... 17 6.3 ALGORITEM ZA PRIKAZ NA ZASLONIH... 21 7 OHIŠJE... 25 8 KONSTRUKCIJA... 27 9 SKLEP... 28 IV
KAZALO SLIK Slika 1: brez bmčni sistem... 3 Slika 2: sistem z ddatnim prikazm... 4 Slika 3: TFT FeatherWing - 2,4"... 12 Slika 4: vezje zaslna... 13 Slika 5: HUZZAH32 - ESP32 Feather Bard... 14 Slika 6: zasln z mikrkrmilnikm... 15 Slika 7: čelna plšča LabVIEW prgrama... 18 Slika 8: diagram pteka za algritem na mikrkrmilniku... 20 Slika 9: začetni prikaz... 21 Slika 10: jemanje s plice... 23 Slika 11: rčn nastavljanje zalge... 24 Slika 12: mdul z hišjem s sprednje strani... 26 Slika 13: mdul z hišjem z zadnje strani... 26 Slika 14: knstrukcija... 27 V
KAZALO TABEL Tabela 1: izbira LCD zaslna... 8 Tabela 2: izbira mikrkrmilnika... 9 VI
SEZNAM SIMBOLOV IN KRATIC ADC Analg-t-Digital Cnverter Analgni digitalni pretvrnik BLE Bluetth Lw Energy Bluetth z nizk prab BR Basic Rate Osnvna stpnja CMD Cmmand Ukaz EDR Enhanced Data Rate Izbljšana hitrst prensa pdatkv HMI Human-Machine Interface Vmesnik člvek-strj I/O Input/Output Vhdni/izhdni IP Internet Prtcl Internetni prtkl MAC Media Access Cntrl Nadzr dstpa d medijev LCD Liquid-Crystal Display Zasln s tekčimi kristali PWM Pulse-Width Mdulatin Pulzn-širinski mdulatr SPI Serial Peripheral Interface Serijski periferni vmesnik TFT Thin-Film-Transistr Tank nanešen tranzistr USB Universal Serial Bus Univerzaln serijsk vdil WAPI WLAN Authenticatin and Infrastruktura za WLAN avtentikacij in Privacy Infrastructure zasebnst WLAN Wireless Lcal Area Netwrk Lkaln brezžičn mrežje WPA Wi-Fi Prtected Access Wi-Fi zaščiten dstp WPA2 Wi-Fi Prtected Access II Wi-Fi zaščiten dstp II VII
1 UVOD Danes se industrija razvija vedn hitreje, hkrati se mra pravljati vedn večje števil peracij, prav tak pa se vse razvija v smeri čim višje stpnje avtmatizacije. Kljub temu, da lahk rbti in drugi avtmatski sistemi pravljaj velik del kmisiniranja, je zaenkrat še vedn člvek tisti, ki je v dlčenih situacijah najprimernejši za pravljanje dlčenih del. Zat je interes tudi v razvju sistemv, ki bi delavcem mgčali lažje in učinkvitejše del ter lažj in hitrejš implementacij na delvn mest. V primeru kmisiniranja se za t nalg najpgsteje uprabljaj tak imenvani svetlbni sistemi. Ti delavcem pmagaj, da se lažje in hitreje rientiraj v skladišču, saj jim ti sistemi»narekujej«, kje in klik ksv je ptrebn vzeti s plic glede na ptrebe trenutne aplikacije, ki se izvaja kasneje v liniji prizvdnje/pakiranja. Takšen način dela je zat velik blj učinkvit kt tradicinaln iskanje psameznih ksv. Čeprav s ti sistemi danes že dkaj razširjeni v velikih pdjetjih, se v večini aplikacij uprabljaj kt samstjna enta in jih ne mrem krmiliti prek ddaljenega računalnika. Oddaljen krmiljenje želim dseči zat, da bi lahk imeli v pisarni ves čas pdatek realnem stanju zalge in da se lahk vsi takšni sistemi vdij iz ene naprave, da ni ptrebn sveževati vsake pstaje psebej. Tak imam tudi lažji dstp d reprgramiranja psameznih mdulv za ptrebe različnih aplikacij. Prav tak želim implementirati zasln na dtik, ki bi dstranil ptreb p fizični tipki, prav tak pa bi lahk p ptrebi prikazvali nekaj ddatnih pdatkv trenutnem prcesu. 1
2 SISTEMI ZA VIZUALNO KOMISIONIRANJE Sistemi za vizualn kmisiniranje s sistemi, ki se uprabljaj za učinkvitejše del in lažje sledenje zalgi, predvsem v skladiščih in za tekčimi trakvi. Običajn sestjij iz ene ali dveh tipk, zaslna, na katerem se prikazujej številke, neke vrste svetlbnega indikatrja (npr. lučka) in nekakšnega hišja, ki vse kmpnente pvezuje skupaj ter mgča pritrditev na letve, prfile ipd. Ideja in upraba sistemv za vizualn kmisiniranje je aktualna že več kt dvajset let, in sicer d takrat, k se je začel ugtavljati, da b industrija v prihdnsti zahtevala čim blj učinkvit, hitrejše in penstavljen bratvanje [1]. V zgdnjih dneh razvja in implementacije teh sistemv je bil največji prblem t, da uprabljene kmpnente še nis bile razvite za ptrebe takšnih aplikacij in s bili ti sistemi zaradi tega dragi, prav tak neprilagdljivi in relativn težki za vzdrževanje. Zaradi teh dejavnikv s si jih lahk sprva privščila le velika pdjetja, saj je implementacija zahtevala velik investicij. Z razvjem tehnlgije pa se je t drastičn izbljšal. Kmpnente s pstale manjše, zmžne prikazati dsti več, vzdrževanje je dkaj enstavn in celtni sistemi s pstali dsti cenejši in učinkvitejši za uprab d tčke, k jih uprablja velik ali pa cel večina pdjetij, ki se ukvarjaj z velikim pretkm blaga (pakiranje, sestavljanje ipd.). V praksi s se uveljavile številne različice teh sistemv, vsaka ima svje prednsti in se uprablja dvisn d zahtev aplikacij. Najblj razširjene s: 2
Brezbmčni sistemi (watch-me zneless pick-t-light) (Slika 1) delavec ni mejen na tčn dlčen pstaj, ampak lahk pravlja del, kjerkli je le-t ptrebn, kar izbljša prduktivnst. Operater ima na zapestju naprav, ki zagtavlja, da lahk izvaja le prcese, ki s trenutn ptrebni, kar skrbi za t, da pri prcesu prihaja d čim manj napak [2]. Slika 1: brez bmčni sistem 3
Sistemi z ddatnim prikazm (Pick-T-Graph) (Slika 2) ti se uprabljaj v primerih, k se uprablja en mdul za večje števil bjektv na zalgi. Delavcu se na ddatnem zaslnu prikaže slika bjekta, ki ga mra piskati (lahk je zraven še črtna kda, da ptrdi trenutni krak), tak da je lažje piskati zahtevan predmet med vsemi, ki s na izbir. Ti mduli lahk hkrati shranij nekaj različnih prikazv, zat, da se čim blj zmanjša ptreba p velikem številu mdulv [3]. Slika 2: sistem z ddatnim prikazm 4
3 IDEJA IN OSNOVNA ZGRADBA SISTEMA Namen diplmske nalge je, da zasnujem samstjni sistem, ki služi kt izbraževalni mdul, ki je specializiran za hitrejš in učinkvitejš implementacij delavca v delvni prces. T bi zagtvili s pmčj zasnve in izdelave lastnega sistema za vizualn kmisiniranje. Ideja je, da bi se s tem sistemm nv delavec lažje in hitreje izbrazil pstpkih izvajanja delvnega prcesa in da bi lahk t stril kar sam, brez nadzra nadrejenega. V snvi imam dve mžnsti knfiguracije tega sistema, in sicer pmč pri sestavljanju kmpleksnih bjektv, ki vdi uprabnika d prvega d zadnjega kraka, kjer mu prikazuje vse ptrebn za uspešn sestav, ter pmč pri kmisiniranju, ki uprabnika navadi na pstpek dela s sistemi za vizualn kmisiniranje. Naš sistem je zgrajen iz strjnega in prgramskega dela. Strjni del predstavljaj knstrukcija, z miz in plicami, ki predstavlja pdpr za vse druge kmpnente sistema, hišja za mdule, računalnik, ki ga uprabljam za aplikacij, ki vdi celten prces, usmerjevalnik, ki zagtavlja brezžičn pvezav med računalnikm in mduli, ter same mdule, ki s zgrajeni iz mikrkmilnikv in zaslnv. Prgramski del pa predstavljata aplikacija, ki vdi celten prces in prgram na mikrkrmilniku, ki krmili prikaz na zaslnih. 5
4 IZBIRA KOMPONENT 4.1 Nabr kmpnent Pri dlčanju izbiri kmpnent sm sprva dlčili snvne kriterije, ki jih mra psamezna kmpnenta imeti. Tak sm prišli d grbe izbire ustreznih elementv. Osnvni kriteriji za psamezne kmpnente: Za zasln: je bčutljiv na dtik, ima barvni prikaz, je prst prgramljiv v Arduin prgramskem klju, LCD tehnlgija. Za mikrkrmilnik: prst prgramljiv v Arduin klju, mgča brezžičn kmunikacij. Za knstrukcij: lahka, mbilna, primerne veliksti. 6
Za hišje: 3D sprintan. Za računalnik: ima peracijski sistem Windws, ni prevelik, da ne zaseda preveč prstra. Za zasln za računalnik: dvlj velik, da je prikaz pregleden na dtik ne prevelik, da ne prebremenjuje knstrukcije K sm bili zadvljni z izbir teh kriterijev in psledičn grbim nabrm kmpnent, sm se psvetili dlčanju pdrbnejših kriterijev, s katerimi sm prišli d knčne izbire. 4.2 Kriteriji izbire Za ptrebe našega sistema sm mrali izbrati ustrezne kmpnente, ki lahk zagtavljaj stabiln delvanje pri relativn ugdni ceni. Največji pudarek pri izbiri je bil na LCD zaslnu na dtik in mikrkrmilniku. Pri izbiri teh kmpnent sm imeli nekaj glavnih lastnsti, ki s vplivale na naš dlčitev. Kriteriji pri izbiri LCD zaslna: primerna velikst zalna mra biti dvlj majhen, da zavzema čim manj prstra na knstrukciji in hkrati ne premajhen, da še lahk na njem prikažem več kt sam en pdatek, 7
lčljivst mra imeti dvlj visk lčljivst, da s pdatki, prikazani na zaslnu, razlčni in nrmaln berljivi, hkrati pa ne sme biti previska, saj t že znatn vpliva na cen, način kmunikacije zaželen je SPI kmunikacijski vmesnik, način napajanja lahk ga napajam na več načinv, in sicer direktn z računalnikm prek micr-usb, prek mikrkrmilnika ali pa z lithium-in ali lithium-plymer baterij (3,3 V ali 5 V), cena čim blj ugden zasln s čim več stalimi pglavitnimi lastnstmi. Pregled izbire je zbran v Tabela 1. Tabela 1: izbira LCD zaslna 2,8 TFT Naziv 3,5# Nextin Display Adafruit TFT TFT FeatherWing NX4832T035 with FeatherWing 2,4 HMI TFT LCD resistive tuchscreen Velikst (diagnala) 8,9 cm 6,1 cm 8,9 cm 7,1 cm Lčljivst 480x320 320x240 480x320 320x240 Kmunikacijski vmesnik SPI SPI SPI SPI Napajanje 3,3 V/5 V 3,3 V/5 V 5 V 3,3 V/5 V Cena 39,95 $ [4] 29,95 $ [5] 27,40 $ [6] 17,95 $ [7] 8
Kriteriji pri izbiri mikrkrmilnika: mgča Wi-Fi ali Bluetth pvezav Wi-Fi in Bluetth sta nam najlažje dstpni in splšn uprabljeni bliki brezžične pvezave. Če bi se želeli pvezati v že bstječe mrežje, bi bil t zel enstavn, za lastn mrež v klici delvne mize pa ptrebujem sam usmerjevalnik, lahk ga napajam na več načinv prek računalnika ali lithium-in/lithiumplymer baterije. ima zadstn števil pinv več kt jih ima, blje je v primeru, da bi želeli aplikacij razširiti čim manjši manjši kt je, lažje ga je vgraditi in bdati z hišjem, cena čim blj ugdna glede na čim več stalih pglavitnih lastnsti. Na pdlagi teh kriterijev (Tabela 2) sm ugtvili, da je trenutn na trgu najbljša pcija tak imenvan ESP32 mikrkrmilnik prizvajalca Espressif Systems, saj pride z že vgrajenima Bluetth in Wi-Fi mdulma, tak da imam na vlj be mžnsti. Prav tak pa ima velik števil pinv in večin različic lahk napajam tak prek računalnika kt tudi prek lithiumplymer/lithium-in baterije. V žji izbr sta prišla mikrkrmilnika SparkFun ESP32 Thing in Adafruit HUZZAH32 ESP32 Feather Bard. Tabela 2: izbira mikrkrmilnika Adafruit HUZZAH32 ESP32 Naziv SparkFun ESP32 Thing Feather Bard Brezžična pvezava Wi-FI/Bluetth Wi-Fi/Bluetth Način napajanja micr USB/lithiumplymer/lithium-in baterija plymer/lithium-in baterija micr USB/lithium- Števil pinv 28 28 Velikst 60 mm x 26 mm 6,8 mm [9] 51 mm x 22,7 mm x 7,3 mm Cena 19,95 $ [8] 19,95 $ [10] 9
Na pdlagi vseh kriterijev za zasln in mikrkrmilnik sm na kncu prišli d dlčitve, da uprabim mikrkrmilnik Adafruit HUZZAH32 - ESP32 Feather Bard in zasln TFT FeatherWing 2,4. Obe kmpnenti imata vse ptrebne lastnsti, ki sm jih želeli, hkrati pa imata en pglavitn prednst, in sicer t, da sta be d istega prizvajalca in sta psledičn blikvani tak, da sta kmpatibilni. Namreč izbran zasln ima na zadnji strani že pripravljen vdil, v katerega lahk direktn vstavim izbran mikrkrmilnik. Psledičn nimam nbenih žičnih pvezav med kmpnentama, saj bi nam lahk v nasprtnem primeru t pvzrčal ddatne prbleme. 10
5 POMEMBNEJŠE KOMPONENTE SISTEMA Najpmembnejši kmpnenti našega sistema sta LCD zasln na dtik in ESP32 mikrkrmilnik, saj brez njiju sistem za vizualn kmisiniranje ne mre delvati tak, kt je zamišljen. Glavna nalga tega sistema je namreč s pmčj prgramsk krmiljenega uprabniškega vmesnika uprabnika vditi skzi delvni prces. 5.1 LCD zasln na dtik LCD zasln na dtik TFT FeatherWing 2,4 (Slika 3) je zasln, ki mgča 16 bitni barvni prikaz [11] in je prgramljiv v Arduin prgramskem klju. Za zaslnm se nahaja lučka s štirimi belimi LED, tak da je prikaz na zaslnu primern svetljen, barve pa s žive. Je dkaj majhen, z dimenzijami 5,93 cm x 4,8 cm za zasln in dimenzijami 6,48 cm x 5,26 cm za tiskan vezje [12], na katerega je zasln pritrjen. Lčljivst zaslna je 320x240, kar je zel primerna lčljivst za takšn velikst, saj je slika pri tej lčljivsti stra, prav tak lahk prikazujem številne blike in zapise pri dvlj majhni veliksti, ne da bi se videli psamezni piksli. Prav tak je mžna nastavitev bčutljivsti na dtik zaslna, ki j lahk p želji tudi izklpim, če je ne uprabljam. Pri pritiskanju na zasln je ptrebn biti pzren na t, da je stekl na vrhu zel tank, zat ne smem premčn pritiskati, saj lahk dkaj hitr pči, in psledičn je celten zasln neupraben. Tiskan vezje ima tudi vgrajen čitalec SD kartic, tak da lahk na zaslnu prikazujem na pmnilnik shranjene slike, ki jih lahk ptem tudi pljubn urejam. 11
Zasln je pritrjen na tiskan vezje, prek katerega z mikrkrmilnikm kmunicira prek SPI vmesnika. Ta hrbtna plščica je neklik širša kt sam zasln, zat, da lahk celtn kmpnent s štirimi vijaki z luknjami, ki s zvrtane v rbvih tiskanine, pritrdim na zunanje hišje. Tak je ptem viden sam zasln, vezje in mikrkrmilnik, vezan nanj, pa s skriti. Prav tak je celtni zasln neklik širši, kt pa je širk del, na katerem je prikaz. Tudi tisti del na katerem prikaza ni, je bčutljiv na dtik, zat mram pri prgramiranju rčn dlčiti bmčje, v katerem se b zasln dzival na dtik. Slika 3: TFT FeatherWing - 2,4" 12
Na tiskanem vezju imam vse ptrebne kmpnente za kmunikacij med mikrkrmilnikm in zaslnm ter nekaj ddatnih elementv za lažj uprab (Slika 4). Najpmembnejši del vezja je vdil za mikrkrmilnik, ki je sestavljen iz dveh parv lukenj, ki ustrezaj pinm ESP32 (Slika 6). Sam mikrkrmilnik, ki sm ga izbrali, je pplnma kmpatibilen s tem zaslnm, saj s njegve dimenzije takšne, da ne presegaj mejnih veliksti tiskanine, tak da nimam težav z ddatnim prstrm. Prav tak pa imam še čitalec mikr SD kartic, stikal za vklp/izklp napajanja zaslna (zasln se napaja prek mikrkrmilnika in da napajanja ni ptrebn izključiti iz njega, sam preklpim stikal), tipka za reset zaslna (b pritisku se zasln sveži na trenutne vrednsti v prgramu), pvezav med mikrkrmilnikm in zaslnm ter druge elektrnske kmpnente, ki skrbij, da vse skupaj deluje tak kt mra. Vsi ti elementi in sama pstavitev ter kmpaktnst celtnega vezja je pglavitna prednst tega zaslna na dtik. Vdil za SD Vdil za mikrkrmi lnik Stikal za napaja nje Reset Pvezava Slika 4: vezje zaslna 13
5.2 Mikrkrmilnik Adafruit HUZZAH32 ESP32 Feather Bard (Slika 5) je mikrkmilnik tipa ESP32, ki je relativn nv na trgu in je dber napredek d predhdnika ESP8266. Pleg drugih izbljšanj je hitrejši, ima vgrajen Wi-Fi, Bluetth in radijski mdul, ima več pmnilnika in tudi več I/O pinv. Lahk ga prgramiram v Arduin prgramskem klju, kar je zaželjen, saj je praktičen in splšn upraben, tak da lahk uprabim mikrkrmilnik v kmbinaciji z marsikaterimi drugimi kmpnentami za razne aplikacije. Je majhen in tanek, zat ne ptrebuje velik vgradnega prstra. Dimenzije s 51 mm x 22,7 mm x 7,3 mm [8][9]. Slika 5: HUZZAH32 - ESP32 Feather Bard 14
Na mikrkrmilnik se pvezujem z računalnikm prek mikr USB kabla, prek katerega dbi tak napajanje kt pdatke. Napajanje lahk sicer mgčim tudi s priključitvij lithium-in/lithium-plymer baterije, kar je uprabn v primeru, da imam aplikacij na drčnem mestu, kjer ni mžna priključitev na električn mrežje. Vezje ima 28 I/O pinv, na katerih imam mžnst številnih knfiguracij funkcij, kt s PWM, ADC, analgni izhdi, časvniki, ipd. Zel pmembna kmpnenta tega mikrkrmilnika je mžnst Wi-Fi pvezave, ki j uprabljam za ptrebe naše aplikacije. Deluje p standardih 802.11b/g/n, kar pmeni, da deluje na frekvenci 2,4 GHz in lahk dsega hitrsti v primeru nadstandarda tudi d 300 Mbps [13]. Prav tak ima relativn velik dseg, hkrati pa je dkaj nebčutljiv na mtnje iz klice. Omgča tudi enkripcij WPA/WPA2 in WAPI [14]. V primeru, da bi želeli preklpiti na Bluetth pvezav, nam mikrkrmilnik mgča pvezav p standardu v4.2 BR/EDR in BLE, kar pmeni, da mgča mčn in hitr pvezav ali nizkenergijsk prab pri primerljivi pvezavi [15][16]. Slika 6: zasln z mikrkrmilnikm 15
6 PROGRAMSKI DEL Da lahk sistem pravlja nalg, ki sm si j zamislili, je bil ptrebn vse kmpnente med sebj uskladiti in sprgramirati. Za naš aplikacij je bil ptrebn sprgramirati prgram na računalniku za vdenje celtnega sistema, kar sm strili s pmčj prgramskega klja LabVIEW [18], vzpstaviti kmunikacij med računalnikm in mikrkrmilnikm prek usmerjevalnika in zagtviti ustrezen prikaz na zaslnih, kar sm uredili s prgramiranjem mikrkrmilnika. Na mikrkrmilniku sm prgramirali v Arduin prgramskem klju, saj s funkcije tak zaslna kt mikrkrmilnika prilagjene temu jeziku. Kar se tiče Wi-Fi mrežja, nam ga generira usemerjevalnik, mi se mram nanj sam ustrezn prijaviti in pvezati z ustreznim prtklm. Glavni del prgramskega dela nalge je bil prgramiranje mikrkrmilnika v Arduin prgramskem klju. V tem prgramu sm mgčili pvezav na Wi-Fi mrežje, uspešn izvedli kmunikacij z aplikacij na računalniku in zapisali algritem za krmiljenje prikaza na zaslnih. 6.1 Pvezava mikrkrmilnika v Wi-Fi mrežje Da lahk med aplikacij na računalniku in mikrkrmilnikm splh vzpstavim kmunikacij, se mram z bema pvezati v skupn Wi-Fi mrežje. Ruter nam generira t mrežje, mi se mram vanj sam ustrezn prijaviti. S strani računalnika t ni težava, saj 16
mram b vpisu sam vnesti ustrezn gesl, prestal naredi računalnik sam. Z mikrkrmilnikm pa se lahk pvežem v mrežja le, če imam ustrezen prgram. Za pvezav na Wi-Fi mrežje imam v Arduin prgramskem klju funkcij Wi- Fi.begin, ki mgči Wi-FI mdul na mikrkrmilniku in ima dva vhdna parametra, in sicer ime mrežja, na katerega se želim pvezati, in gesl le-tega. Če sta ta dva parametra ustrezna, nas b ruter spustil v svje mrežje, v nasprtnem primeru pa ne. Prav tak sm ddatn v lkaln funkcij zapisali še izris črtkane črte za bljš preglednst v serijskem zaslnu in izpisvanje pikic, s pmčj katerih lahk razberem, ali se pvezava vzpstavlja ali ne. K se pvezava vzpstavi, se nam izpiše, da sm se pvezali ter lkalni IP in MAC naslv mikrkrmilnika. Ta lkalni IP je za vsak krmilnik vedn isti. T sm dsegli tak, da sm na usmerjevalniku na njihv MAC naslv zapisali, kakšen IP mu naj ta ddeli. T je pmembn zat, da lahk v aplikaciji na računalniku fiksn zapišem, na kateri mdul naj ta pšilja pdatke in ukaze. 6.2 Kmunikacija računalnik-mikrkrmilnik Kmunikacij računalnika z mikrkrmilnikm sm sprgramirali v prgramu LabVIEW. Ta aplikacija nam mgča grafični pristp k prgramiranju. Prgramira se z vizualnimi blki, ki predstavljaj razne funkcije, ki s namenjene za psamezne nalge, tak da nam ni treba vsega prgramirati d začetka. V LabVIEW-u lahk sprgramiram praktičn karkli za krmiljenje prcesv in pravljanje meritev [17]. Za ptrebe naše aplikacije sm v LabVIEW-u sestavili prgram, ki skrbi za vdenje celtnega prcesa. Sestavljen je iz algritma za vizualni prikaz sheme bjekta, ki ga sestavljam, iz algritma, ki kmunicira z mikrkrmilnikm prek Wi-Fi-ja ter iz algritma, ki spremlja zalg in preverja ali je uprabnik zbral vse ptrebne kmpnente, da lahk nadaljuje s sestavljanjem. 17
Algritem za kmunikacij LabVIEW-a z mikrkmilnikm je sestavljen iz številnih funkcij. Sprva imam funkcij, ki vzpstavlja kmunikacij z napravami v mrežju. Tej funkciji dlčim IP naslv ustreznega mikrkrmilnika ter vrata (prt), prek katerega se bsta mikrkrmilnik in računalnik pvezala. Nat v nesknčni zanki vsakih 100 ms preverjam, če je tipka Send pritisnjena (Slika 7). Če je, se izvede kmunikacija in pretk pdatkv, če ne, pa se ne zgdi nič. K je tipka Send pritisnjena, prgram prebere vrednsti, ki se nahajaj v vnsnih pljih CMD (nepredznačen 8-bitn števil UINT8)) in Data (tipa nepredznačen 16- bitn števil UINT16) ter pdatke pretvri v blik, primern za pšiljanje (znakvne nize). Nat ta dva pdatka ter ukaz za prehd v nv vrstic (\r\n) združi v en znakvni niz (string). Ta znakvni niz in njegv dlžin (klik bitv je dlg zapis) prgram prikaže na čelni plšči, hkrati pa znakvni niz prek Wi-Fi mrežja pšlje na mikrkrmilnik. Prgram nat čaka na pdatke s strani mikrkrmilnika, in če jih dbi, jih izpiše v knu Received, če ne, pa p dlčenem času javi napak in prekine delvanje prgrama. Slika 7: čelna plšča LabVIEW prgrama 18
Na mikrkrmilniku pa je kmunikacija implementirana tak, da na začetku v inicializaciji prgrama zaženem TCP strežnik (Slika 8). Nat prgram peridičn preverja, če s na TCP vmesniku na vlj nvi pdatki. Če s, jih prgram prebere in shrani v takšni bliki, kt jih je dbil, in sicer v 5 Byte dlgem znakvnem nizu. Za nadaljnje izvajanje algritma pa nas zanimaj vrednsti psameznih Bytv, zat preverim te vrednsti in jih shranim v ustrezne spremenljivke: (1) Cmmand (ukaz) in (2) Ammunt (kličina). Preverjam tudi ustreznst prejetih pdatkv, in sicer če je cmmand med vključn 1 in vključn 3 (takšne vrednsti s zaradi algritma), ptem pšljem nazaj v aplikacij pdatke, ki sm jih prejeli. Tak na računalniku preverjam, če je bila kmunikacija uspešna z. če s bili pravi pdatki splh pslani. Če ne dbi aplikacija nazaj nič, ptem ta javi napak. 19
Slika 8: diagram pteka za algritem na mikrkrmilniku 20
6.3 Algritem za prikaz na zaslnih Za prikaz na zaslnih mra biti ta najprej ustrezn sknfiguriran. T začetn inicializacij je že naredil prizvajalec Adafruit, tak da tega nism spreminjali, da ne bi prišl d kakšnih težav. Prvi prikaz na zaslnu (Slika 9) se izvede v vid setup funkciji, kjer sprgramiram začetni izgled, ki se b pjavil b prvem zagnu prgrama. Slika 9: začetni prikaz Za blikvanje željenega prikaza uprabljam knjižnici Adafruit_GFX.h in Adafruit_ILI9341.h. S pmčj teh dveh knjižnic lahk blikujem pljubne prikaze, saj nam mgčata prikaz številnih različnih blik (kvadrati, pravktniki, triktniki, krgi,...), ki jih 21
lahk sestavljam, prav tak mgčata širk nabr barv. Pleg teh blik lahk na zaslnu tudi izpisujem besedil, ki je lahk pljubne veliksti in barve. Da lahk zasln uprabljam za ptrebe naše aplikacije, mram praviln uprabiti tudi zmžnst dziva na dtik. Ta mžnst je mgčena s knjižnic Adafruit_STMPE610.h. S pmčj te knjižnice lahk zaznavam pritisk na zaslnu, lahk pa tudi pljubn nastavljam bmčje zaznavanja in stpnj bčutljivsti na dtik. V naši aplikaciji te pcije uprabljam za zaznavanje pritiska na ustreznem delu zaslna, da lahk psledičn ustrezn vdim algritem. Glavni del prikaza na zaslnu se izvaja v lkalnih funkcijah, dvisn d vrednsti spremenljivk Cmmand in Ammunt. Nat se v nesknčni zanki vrednst preverja in se začne izvajati ustrezna funkcija. Imam dve funkciji, in sicer: če želi uprabnik nadaljevati s sestavljanjem, se na mikrkrmilnik pšlje vrednst Cmmand = 1, kar pmeni, da se b na zaslnu prikazal števil ksv, ki jih mra uprabnik vzeti s plice, da lahk nadaljuje na naslednji krak (Slika 10). Pri tem prikazu imam zelen kvadratek, ki ga je ptrebn pritisniti vsakič, k vzamem ks s plice, pri čemer se zmanjša vrednst, izpisana na zaslnu, za ena. Ob pritisku na ddaten ranžni kvadratek pa se nam izpiše trenutna zalga ksv na plici. T se prikazuje dve sekundi in izgleda enak kt začetni prikaz, le da b drugačna vrednst zalge. Nat se prikaz vrne na števil ksv, ki jih mra delavec vzeti. K dseže vrednst na zaslnu nič, se na računalniku mgči gumb za nadaljevanje. 22
Slika 10: jemanje s plice Če pa želi uprabnik na zaslnu rčn nastavljati zalg, mra v LabVIEW-u izbrati t pcij in s tem se na mikrkmilnik pšlje cmmand = 2. K prgram t vrednst zazna, se izvede druga lkalna funkcija, v kateri je algritem za rčn vnašanje zalge ksv na plici (Slika 11). V tem delu prgrama prikazujem na zaslnu tri kvadratke ter vrednst zalge. En kvadratek je v zgrnjem desnem ktu in nam signalizira, ali je še dvlj zalge (zelen kvadratek) ali se že približuje pmanjkanju (rumen kvadratek) ali pa zalge več ni (rdeč kvadratek). Nat imam en zelen in en rdeč kvadratek pd izpism zalge, s katerima pvečujem ali zmanjšujem zalg (z zelenim pvečujem, z rdečim pa zmanjšujem). Vrednst, ki sm j nastavili, se nat shrani, in se nam b naslednjič, k bm preverjali zalg, prikazala. 23
Slika 11: rčn nastavljanje zalge 24
7 OHIŠJE Ker sta mikrkrmilnik in LCD zasln dkaj bčutljivi kmpnenti, sm ju želeli zaščititi klikr se da, hkrati pa narediti celten mdul blj estetski in dsti lažji za pritrditev. Z zirm na strške in praktičn izvedb sm se dlčili, da je najbljša pcija za izdelav hišja s 3D tiskalnikm. Da sm lahk t izvedli, ga je bil ptrebn najprej knstruirati, kar sm naredili s prgramm SOLIDWORKS. S tem prgramm lahk blikujem pljubne izdelke, ki jih lahk ptem shranim v številnih različnih blikah, ptrebnih za izdelav s 3D printerjem. Ohišje je sestavljen iz dveh plvic, ki sta skupaj pritrjeni s štirimi vijaki z zadnje strani. Ohišje sm zasnvali tak, da imam s sprednje strani dprtin, ki je takšnih dimenzij, da se zasln pvsem ujema z dprtin in s tem skrije prestali del ntranjsti hišja ter sam mdul (Slika 12). Prav tak je debelina stene tlikšna, da zasln ne izstpa iz stranice. Z zadnje strani imam en velik dprtin, skzi kater lahk napeljem USB, ki je ptreben za napajanje in prens pdatkv, ter dve manjši dprtini, ki služita kt utr za dva vijaka, na katera bm t hišje pritrdili (Slika 13). 25
Slika 12: mdul z hišjem s sprednje strani Slika 13: mdul z hišjem z zadnje strani 26
8 KONSTRUKCIJA Kt nsilni element za vse kmpnente sm zasnvali aluminijast knstrukcij (Slika 14), ki je lahka in mbilna, hkrati pa dvlj rbustna, da zagtavlja stabilnst med uprab. Sestavljena je iz aluminijastih prfilv 40x40 z utri. Ti s med sebj pvezani s spjnimi elementi. Da se zagtvi stabilnst, pa s med njimi pritrjeni še ktniki, ki preprečujej nihanje prfilv. Višina knstrukcije je dva metra, velikst mize pa je 1000 mm x 600 mm. Miza je na višini 90 cm in je iz 2 cm debele iverne plšče, tak da lahk na nj dlagam tudi neklik večja bremena. Nad nj sta dve plici, ena nad drug, na katerih s dlžene škatlice, ki vsebujej kmpnente, ptrebne za sestav. Na vsaki plici s trenutn p tri škatlice, direktn pred njimi pa s nameščeni tudi mduli za prikaz. Ti s na prfile pritrjeni s kladivastimi maticami v utrih in vijaki, ki s pritrjeni v njih. Kabli, ki gred iz hišja, pa s skriti na spdnji strani v drugem utru prfila. Slika 14: knstrukcija 27
9 SKLEP V kviru zaključnega dela sm uspeli zasnvati, blikvati in realizirati lasten sistem za vizualn kmisiniranje. Ideja je bila, da je ta sistem drugačen kt že bstječi na trgu, kar nam je tudi uspel. Naša različica ima algritem, ki lahk krmili celtn aplikacij kar z računalnika in mgča implementacij grmnega števila različnih sestavv z zel enstavnim prgramiranjem. Prav tak imam LCD zaslne z mikrkrmilniki, ki mgčaj ustrezen prikaz ne glede na t, kaj trenutn uprabnik sestavlja. Z uprab zaslnv na dtik sm dpravili ptreb p tipkah, prav tak lahk s temi prikažem grmn različnih prikazv d ptreb aplikacije ali pa same želje p drugačnem izgledu. Naš sistem mgča enstavn in hitr integracij nvih delavcev v sistem, kjer se lahk ti izbražujej in privajaj na način dela, ne da bi prišl d mtenj prcesa. Prav tak ni ptrebna pristnst nadzrnega, saj aplikacija uprabnika vdi skzi vse krake prcesa zel nazrn in ga d neke mere tudi mejuje, da ne mre preskakvati krakv. Cena celtnega sistema je trenutn kar viska, kar je nepsredn pvezan s tem, da gre tukaj za prttipni mdel, za katerega sm kmpnente nabavljali psamezn in v majhnem številu. Če bi se na trgu pkazal interes za ta sistem, bi cena psameznega sistema seveda tudi mčn upadla, saj bi se narčal velik kmpnent hkrati. Trenutn sistem deluje sam z enim sestavm, za demnstracij. V nadaljevanju z. p ptrebi se lahk v LabVIEW prgram shrani večje števil različnih sestavv in seznamv za kmisiniranje, tak da se glede na ptrebe prcesa sam izberej ustrezni algritmi, prikaz na mdulih pa je sprgramiran tak, da b delval brez večjih mdifikacij. 28
VIRI IN LITERATURA [1] Pljanec, M. Lgistika ntranjega transprta in skladiščenja. Ljubljana: Šlski center Nv Mest, 2011. Dstpn na: http://www.mizs.gv.si/fileadmin/mizs.gv.si/pageuplads/pdrcje/vs/gradiva_ess/implet um/impletum_202logisticno_lgistika_pljanec.pdf [20.10.2017]. [2] Watch-Me- Zneless Pick-t-Light Devices. Dstpn na: https://lightningpick.cm/prducts/cmplementary-applicatins/watch-me/ [20.10.2017]. [3] Pick-t-Graph. Dstpn na: http://www.atp.cm.tw/atp/prduct/prduct_detail/data/atp_ablepick/en/pick-tgraph/at703-2w-epd/ [20.10.2017]. [4] Adafruit TFT FeatherWing 3,5 480x320 Tuchscreen fr Feathers. Dstpn na: https://www.adafruit.cm/prduct/3651 [29.10.2017]. [5] TFT FeatherWing 2,4 320x240 Tuchscreen Fr All Feathers. Dstpn na: https://www.adafruit.cm/prduct/3315 [29.10.2017]. [6] 3,5# Nextin NX4832T035 3,5 HMI TFT LCD Tuch Display Mdule. Dstpn na: https://www.itead.cc/nextin-nx4832t035.html [29.10.2017]. [7] 2.8 TFT Display with Resistive Tuchscreen. Dstpn na: https://www.adafruit.cm/prduct/1774 [29.10.2017]. [8] SparkFun ESP32 Thing. Dstpn na: https://www.sparkfun.cm/prducts/13907 [27.10.2017]. [9] ESP32 thing schematic. Dstpn na: https://cdn.sparkfun.cm/assets/learn_tutrials/5/0/7/esp32-thing-schematic.pdf [27.10.2017]. 29
[10] Adafruit HUZZAH32 ESP32 Feather Bard. Dstpn na: https://www.adafruit.cm/prduct/3405 [27.10.2017]. [11] Adafruit 2,4 TFT FeatherWing Overview. Dstpn na: https://learn.adafruit.cm/adafruit-2-4-tft-tuch-screen-featherwing [29.10.2017]. [12] Adafruit 2,4 TF FeatherWing Dwnlads. Dstpn na: https://learn.adafruit.cm/adafruit-2-4-tft-tuch-screen-featherwing/dwnlads [29.10.2017]. [13] WiFi Standards 802.11a/b/g/n vs. 802.11ac: Which is Best?. Dstpn na: https://www.semicnductrstre.cm/blg/2014/wifi-standards-802-11a-b-g-n-vs-802-11ac-which-is-best/806/ [13.8.2018]. [14] Wi-Fi. Dstpn na: https://en.wikipedia.rg/wiki/wi-fi [13.8.2018]. [15] Bluetth. Dstpn na: https://en.wikipedia.rg/wiki/bluetth#bluetth_2.0_+_edr [22.7.2018]. [16] Bluetth Lw Energy. Dstpn na: https://en.wikipedia.rg/wiki/bluetth_lw_energy [22.7.2018]. [17] What is LabVIEW? Dstpn na: http://www.ni.cm/sl-si/shp/labview.html [16.12.2017]. [18] Šnajder M. Diplmsk del. Razvj in izdelava sistema za interaktivn upravljanje prcesv mntaže. Fakulteta za elektrtehnik, računalništv in infrmatik. Maribr, 2018. 30