Система обучения программированию и выбор микроконтроллеров для управления электроприводами
Н.Е. Гнездов, М.С. Куленко, С.К. Лебедев, А.Р. Колганов
Вестник ИГЭУ, 2023 г. выпуск 5, сс. 74—82
Скачать PDF
Состояние вопроса. Участие выпускников вузов в проектировании электроприводов подразумевает наличие у них знаний и навыков по разработке программного обеспечения микроконтроллеров, используемых в современных системах управления электроприводами. Публикации на эту тему затрагивают вопросы отдельных учебных курсов или методов обучения, а под лабораторными стендами подразумеваются отладочные платы. Зачастую также фрагментарно строится и учебный процесс. Для успешного освоения этого рода деятельности необходим системный подход к обучению студентов программированию микроконтроллеров систем управления электроприводами. В условиях ограничений со стороны производителей США, Японии и Европы актуальным является и выбор микроконтроллеров для обучения и создания систем управления электроприводами.
Материалы и методы. При разработке набора взаимосвязанных учебных курсов использован 20-летний опыт создания систем управления электроприводами. В качестве инструментов при создании специализированного лабораторного стенда использованы программные пакеты конструирования изделий, технологии металлообработки. При рассмотрении вопроса выбора микроконтроллеров использован метод сравнительного анализа.
Результаты. Описана многоуровневая (3-этапная) последовательность взаимосвязанных учебных курсов по обучению студентов программированию микроконтроллеров систем управления электроприводами. Показана эволюция содержания учебных курсов. Представлен авторский стенд, включающий кроме отладочной платы измерительное (мультиметр, осциллограф) и отладочное (конвертеры интерфейсов) оборудование, размещенное на специальной установке. Приведен обзор и выполнен анализ публикаций на эту тему, даны рекомендации по выбору микроконтроллеров систем управления электроприводами в текущей ситуации.
Выводы. Реализованный на кафедре системный подход к обучению студентов программированию микроконтроллеров систем управления электроприводами позволяет дать им квалификацию, необходимую для самостоятельного выполнения задач при проектировании современных систем управления электроприводами. Представленный лабораторный стенд обеспечивает удобство и безопасность работы со всем используемым в учебном процессе отладочным и измерительным оборудованием. Обзор и рекомендации по выбору микроконтроллеров отечественных и китайских производителей будут полезны разработчикам систем управления электроприводами.
1. Встраиваемые высокопроизводительные цифровые системы управления. Практический курс разработки и отладки программного обеспечения сигнальных микроконтроллеров TMS320x28xxx в интегрированной среде Code Composer Studio: учеб. пособие / А.С. Анучин, Д.И. Алямкин, А.В. Дроздов, В.Ф. Козаченко; под общ. ред. В.Ф. Козаченко. – М.: Изд. дом МЭИ, 2010. – 270 с.
2. Практический курс микропроцессорной техники на базе процессорных ядер ARM-Cortex-M3/M4/M4F: учеб. пособие [Электронный ресурс] / В.Ф. Козаченко, А.С. Анучин, Д.И. Алямкин и др.; под общ. ред. В.Ф. Козаченко. – М.: Изд-во МЭИ, 2019. – Режим доступа: https://motorcontrol.ru/publications/books/, свободный (дата обращения 02.10.2023).
3. Попов С.А., Абдрахманов В.Х. Обзор существующих решений и разработка собственных учебных курсов и стендов по программированию микроконтроллеров PIC16, STM32, Arduino // Инженерное образование в контексте будущих промышленных революций – СИНЕРГИЯ-2020: сб. науч. ст. междунар. сетевой науч.-практ. конф., г. Казань, 3 сентября – 4 декабря 2020 г. – Казань: Казан. нац. исслед. технол. ун-т, 2020. – С. 199–208. – EDN AIUUCR.
4. Уваров С.С., Лызлов С.С., Катина М.В. Гибкие аппаратно-программные средства для практических занятий по дисциплине «Микропроцессорные устройства систем управления» // Автоматика на транспорте. – 2022. – Т. 8, № 2. – С. 218–226.
5. Соснин А.С., Емельянов А.А. Применение проектного метода обучения в изучении программирования микроконтроллеров // Наука. Информатизация. Технологии. Образование: материалы XI Междунар. науч.-практ. конф., г. Екатеринбург, 26 февраля – 2 марта 2018 г. – Екатеринбург: Российский гос. проф.-пед. университет, 2018. – С. 383–388. – EDN WDIMJF.
6. Сивков В.С. Организация лабораторных работ по программированию микроконтроллеров в условиях дистанционного обучения // IX Российская науч.-метод. конф. проф.-преп. состава, науч. сотрудников и асп., г. Самара, 5–8 апреля 2021 г. – Самара: Поволжский гос. ун-т телекоммуникаций и информатики, 2021. – С. 84–85.
7. Разработка лабораторного стенда для обучения студентов программированию микроконтроллеров / А.В. Волков, С.А. Шиков, Р.Р. Биктякова, Т.А. Захватова // Материалы XXIII науч.-практ. конф. молодых ученых, асп. и студ. Национального исследовательского Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева, г. Саранск, 21–28 мая 2019 г. – Саранск: Изд-во МГУ им. Н.П. Огарева, 2019. – С. 363–367.
8. Груненков Н.В. Шевченко А.В., Акимов Д.М. Разработка учебного стенда на основе отладочного набора STK500 // Труды междунар. симпозиума «Надежность и качество». Т. 1. – Пенза: ПГУ, 2018. – С. 312–314.
9. Пат. на полезную модель № 103652 U1 Российская Федерация, МПК G09B 23/18. Лабораторный блок для изучения микроконтроллеров / М.Д. Китайгородский, Д.М. Сельков: № 2010127759/12: заявл. 05.07.2010: опубл. 20.04.2011.
10. C2000 real-time control MCUs – Products [Электронный ресурс] / Texas Instruments. – Электрон. текстовые и графические дан. – Режим доступа: http://www.ti.com/microcontrollers/c2000-real-time-control-mcus/products.html, свободный (дата обращения 28.06.2022).
11. Микроконтроллеры 32 бит [Электронный ресурс] / НИИЭТ. – Электрон. текстовые и графические дан. – Режим доступа: https://niiet.ru/product-category/civil/civil-microcont-32-bit/, свободный (дата обращения 28.06.2022).
12. STM32 32-bit Arm Cortex MCUs [Электронный ресурс] / STMicroelectronics. – Электрон. текстовые и графические дан. – Режим доступа: https://www.st.com/en/microcontrollers-microprocessors/stm32-32-bit-arm-cortex-mcus.html, свободный (дата обращения 28.06.2022).
13. RISC-V Материал из Википедии [Электронный ресурс] / Wikipedia. – Электрон. текстовые и графические дан. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/RISC-V, свободный (дата обращения 28.06.2022).
14. Модельно-ориентированное проектирование в основе обучения программированию микроконтроллеров / В.Ю. Балыбердин, В.А. Бузов, Д.И. Оглоблин, К.В. Соломатина // Вопросы педагогики. – 2018. – № 6-1. – С. 25–30.
15. Гнездов Н.Е. Микропроцессорное моделирование электромехатронных систем: учеб.-метод. пособие / Н.Е. Гнездов; Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина. – Иваново, 2012. – 76 с.
16. К1986ВК01GI (ОКР «Электросила 2.0») [Электронный ресурс] / «Миландр». – Электрон. текстовые и графические дан. – Режим доступа: https://ic.milandr.ru/products/mikrokontrollery_i_protsessory/ 32_razryadnye_mikrokontrollery/k1986vk01gi/, свободный (дата обращения 28.06.2022).
17. GD32 Microcontrollers [Электронный ресурс] / GigaDevice. – Электрон. текстовые и графические дан. – Режим доступа: https://www.gigadevice.com/products/microcontrollers/gd32/, свободный (дата обращения 28.06.2022).
18. Product Information [Электронный ресурс] / Sino Wealth. – Электрон. текстовые и графические дан. – Режим доступа: https://en.sinowealth.com/product?type_id=15&a _v_type=1, свободный (дата обращения 28.06.2022).
19. 32-bit General Purpose MCUs [Электронный ресурс] / Nanjing Qinheng Microelectronics Co. – Электрон. текстовые и графические дан. – Режим доступа: http://special.wch.cn/en/mcu/, свободный (дата обращения 28.06.2022).
20. MM32SPIN [Электронный ресурс] / MindMotion. – Электрон. текстовые и графические дан. – Режим доступа: https://www.mindmotion.com.cn/ en/products/mm32mcu/mm32spin/, свободный (дата обращения 28.06.2022).
21. CKS Microcontrollers [Электронный ресурс] / CKS. – Электрон. текстовые и графические дан. – Режим доступа: http://www.cksmcu.com/en/index.html, свободный (дата обращения 28.06.2022)
22. About AT32 MCU [Электронный ресурс] / Artery Technology. – Электрон. текстовые и графические дан. – Режим доступа: https://www.arterychip.com/en/product/index.jsp?t=1657204047690, свободный (дата обращения 28.06.2022)
23. APM32F405/407 [Электронный ресурс] / Geehy Semiconductors. – Электрон. текстовые и графические дан. – Режим доступа: https://geehy.com/apm32?id=49, свободный (дата обращения 28.06.2022)