Чи можна додати комп’ютерний зір і дистанційне керування до аналогового вимірювального пристрою? У своєму магістерському проєкті Іван Загорулько розробив систему автоматизованого збору даних для гравіметра ГНУ-КС. Вона поєднує електроніку, програмування, обробку зображень і точну механіку, щоб автоматизувати вимірювання та зменшити залежність результатів від дій оператора.
Яку проблему розв’язує проєкт
Гравіметр вимірює прискорення вільного падіння. Такі вимірювання використовують у геофізичних і геодезичних дослідженнях. Під час роботи з аналоговим гравіметром оператор спостерігає за світловою міткою через окуляр, вручну обертає мікрометричний гвинт і зчитує покази. Результат залежить від уважності людини та точності її дій. На чутливий прилад також можуть впливати тепло й вібрації, пов’язані з присутністю оператора.
Завдання проєкту — автоматизувати ці операції та дати змогу працювати з приладом на відстані, зберігши його чутливу механічну систему.
Як працює розробка
Дві цифрові камери спостерігають за світловою міткою та відліковим механізмом гравіметра. Одноплатний комп’ютер Raspberry Pi 4 обробляє зображення й забезпечує взаємодію компонентів системи. Алгоритм комп’ютерного зору відокремлює потрібну область зображення, фільтрує шуми та визначає положення світлової мітки. За отриманими даними система керує кроковим двигуном, який обертає мікрометричний гвинт і повертає чутливий елемент у задане положення. Оператор може дистанційно спостерігати за роботою приладу й керувати комплексом через мережу.
Що створено
У межах проєкту розроблено та зібрано комплекс, до якого входять:
- Raspberry Pi 4 Model B для обробки даних і керування;
- дві USB-камери для спостереження за показами приладу;
- кроковий двигун із драйвером для керування мікрометричним механізмом;
- спроєктовані кріплення та корпус, виготовлені методом 3D-друку;
- світлодіодна система підсвічування;
- програмне забезпечення для обробки зображень, керування та дистанційної взаємодії.
Для програмної частини використано Python і бібліотеку OpenCV, а для вебінтерфейсу — FastAPI. Конструкцію корпусу змодельовано в Blender.
Як перевірили роботу
Комплекс випробували в лабораторних умовах. Для порівняння виконали дві серії по 30 вимірювань: із ручним зчитуванням та в автоматичному режимі.
За наведеними в дисертації результатами, середньоквадратичне відхилення становило:
- 0,029 мГал — у ручному режимі;
- 0,006 мГал — в автоматичному режимі.
Отже, розкид результатів зменшився приблизно у 4,8 раза. Це свідчить про кращу повторюваність вимірювань у проведеному лабораторному експерименті.
Внесок студента
Іван Загорулько проаналізував принцип роботи гравіметра, сформував технічні вимоги та підібрав компоненти. Розробив апаратну й програмну частини комплексу, реалізував алгоритми комп’ютерного зору та керування приводом. Також провів експериментальні дослідження й опрацював результати вимірювань. Проєкт об’єднав практичні навички роботи з електронними компонентами, програмування, 3D-моделювання, автоматичного керування та аналізу даних.
Практичне значення та подальший розвиток
Розробка демонструє можливість модернізації аналогового наукового обладнання за допомогою цифрових камер, вбудованого комп’ютера та програмного забезпечення. Такий підхід може бути корисним для дослідницьких лабораторій і навчальних вимірювальних комплексів.
Наступні напрями розвитку — підвищення автономності, вдосконалення алгоритмів розпізнавання, додавання географічної прив’язки результатів і адаптація до польових вимірювань.
Автор: Іван Загорулько, ІІ курс магістратури, група ДС-41мн, освітньо-наукова програма «Електроніка».
Науковий керівник: Євген Коваленко, кандидат технічних наук, доцент.
Рік: 2026.
Адреса: вул. Політехнічна 16, 03056, Київ, Україна
Тел.: (044)204-90-70, E-mail: kafedra-eds@lll.kpi.ua
