Проекты

Система видеофиксации нарушителей-курильщиков на платформе Arduino

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Поиск» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Робототехника
Авторы работы: АНОО «ШКОЛА СОСНЫ»
Предметы: Физика, Химия, Информатика
Классы: 11 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» 2020 года

Актуальность

Сегодня, несмотря на запрет курения, многие люди курят в общественных местах. В основном это происходит из-за того, что нарушители уверены в том, что они окажутся безнаказанны, так как большинстве случаев в помещениях не установлены датчики табачного дыма в виду их высокой стоимости. Если же такие датчики установлены, то даже при установлении факта курения, достаточно сложно установить личность нарушителя запрета курения в общественных местах. К сожалению, и среди школьников встречаются учащиеся, которые курят в школьном туалете.

Поэтому разработка недорогой и простой в эксплуатации системы обнаружения курильщиков в школьном туалете и их идентификации является очень актуальным в настоящее время проектом.

Цель

Разработать прототип системы обнаружения и идентификации личности нарушителей запрета курения в общественных местах (на примере школьного туалета).

Задачи

  1. Определить электронные компоненты для работы системы.
  2. Разработать принципиальную электрическую схему системы.
  3. Собрать прототип системы для демонстрации ее работы.
  4. Написать программы (скетчи) для плат Arduino UNO, управляющих работой системы.
  5. Провести испытание разработанной системы.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

Блок определения курения
1. Плата Arduino Uno R3
2. Модуль беспроводной связи nRF24L01+
3. Адаптер для NRF24L01+
4. Датчик газа MQ-2
5. Датчик движения HC-SR501
6. Датчик часов реального времени Tiny RTC I2C 24C32
7. Блок питания

Блок управления
1. Плата Arduino Uno R3
2. Модуль беспроводной связи NRF24L01+ PA + LNA с антенной
3. Адаптер для NRF24L01+
4. Плата GPRS Shield для отправления SMS
5. Блок питания

Блок видеонаблюдения
1. Беспроводной маршрутизатор D-Link DIR-300
2. IP-камеры видеонаблюдения
3. Компьютер

Описание

В начале работы над проектом авторами был проведен анализ опубликованных в Интернете решений для разработки системы обнаружения и идентификации курильщиков нарушителей запрета курения в общественных местах. Есть описания коммерческих систем, определяющих факт курения в общественных местах, но не устанавливающих личность нарушителя и имеющих высокую стоимость, и есть описания различных детекторов табачного дыма. Проектов и решений для разработки системы идентификации курильщиков, нарушителей запрета курения в общественных местах, найти не удалось.

Разработанная в рамках данного проекта система не имеет аналогов.

Была разработана оригинальная, простая, недорогая, система на основе платформы Arduino. Предложен и реализован метод идентификации учащихся, курящих в школьном туалете: с помощью камеры наблюдения, установленной снаружи туалетной комнаты осуществляется видеофиксация нарушителя, а это позволяет идентифицировать личность нарушителя.

Предложенная система является комплексным решением, включающим в себя несложную в установке и эксплуатации подсистему видеонаблюдения. Возможность получения не только сообщения о факте курения, но и изображения нарушителя при выходе из туалетной комнаты делает работу системы более эффективной.
Поэтому, созданная в данной работе система обнаружения курильщиков в школьном туалете является оригинальной (самостоятельной) разработкой и по конструкции, и по программному обеспечению.

Преимуществом разработанной системы является простота в эксплуатации и расширяемости количества включенных в систему блоков определения курения.
Система видеофиксации на платформе Arduino нарушителей курильщиков состоит из следующих блоков:

- блок определения факта курения. Данный блок состоит из платы Arduino UNO, к которой подключены датчик газа, датчик движения, датчик часов реального времени и модуль беспроводной связи для передачи данных на центральный узел (блок управления). В состав системы может входить несколько блоков определения курения (по одному на каждую туалетную комнату);
- блок управления для приема сообщений об обнаружении факта курения, отправки администрации школы SMS о факте курения. Данный блок состоит из платы Arduino UNO, к которой подключены модуль беспроводной связи для приема данных с блока определения курения и плата GPRS Shield для отправления SMS;
- блок видеонаблюдения. Данный блок состоит из беспроводного маршрутизатора, IP-камер видеонаблюдения и компьютера для записи изображений с камер видеонаблюдения. Беспроводной маршрутизатор используется для создания беспроводной и проводной локальной сети, к которой подключаются IP-камеры и компьютер. IP-камеры устанавливаются на стене напротив двери в туалет. Просмотр видеоизображений с камер видеонаблюдения производится на компьютере, который также подключен к локальной сети.

Принцип работы системы видеофиксации нарушителей курильщиков на платформе Arduino.

Обнаружение события "Курение в туалете" осуществляется с помощью модуля определения курения, в состав которого входит датчик газа MQ-2.

Датчик газа включается по таймеру с 9.00 до 18.00, кроме субботы и воскресения, и по датчику движения (в целях увеличения срока службы датчика дыма). Датчик газа включается при входе учащегося в туалет.

При обнаружении события "Курение в туалете" выполняются следующие действия:

1) на блок управления по радиоканалу с помощью модуля nRF24L01+ передаются время и показания датчика газа;
2) отправляется SMS администрации школы и сотруднику службы охраны. В сообщении передается время и показания датчика газа.

Запись с IP-камеры, расположенной напротив двери в туалет, включается по встроенному детектору движения.

Таким образом, данная система позволяет идентифицировать личность учащегося, который курил в школьном туалете.

Для защиты блока определения курения от уничтожения (ликвидации) разработан антивандальный модуль, в котором используется передача на блок управления с определенным интервалом сигнала по радиоканалу с помощью модуля nRF24L01+. При уничтожении блока определения курения связь прерывается. Это событие и позволяет определить уничтожение блока определения курения. После определения события «Уничтожение блока определения курения» отправляется SMS администрации школы и сотруднику службы охраны.

Результаты работы/выводы

  1. В ходе работы над проектом собран действующий прототип системы видеофиксации на платформе Arduino нарушителей-курильщиков.
  2. Способ, предложенный для идентификации учащихся, курящих в школьном туалете, позволяет разработать систему обнаружения и идентификации нарушителей-курильщиков.
  3. Разработанный прототип системы обнаружения и идентификации курильщиков в школьном туалете позволит своевременно оповещать администрацию школы о факте курения в школьном туалете, фиксировать нарушителя с помощью камеры видеонаблюдения, установленной снаружи туалетной комнаты, и таким образом предотвращать курение в школьном туалете. Так как, если учащийся будет знать, что не только факт курения будет обнаружен, но и личность курящего будет установлена, то это остановит его от курения в школьном туалете.

Перспективы использования результатов работы

Разработанный прототип системы видеофиксации нарушителей-курильщиков рекомендуется школам для борьбы с курением.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Московский политехнический университет.

Мнение автора

«В результате проведённой работы нами были получены навыки конструирования и программирования в среде Arduino, была собрана и протестирована система видеофиксации нарушителей-курильщиков на платформе Arduino. Участие в конференции «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» позволило нам освоить навыки представления результатов работы над проектом»