Проекты

Прибор для отслеживания уровня радиации и концентрации опасных для человека газов

Работа – призёр открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Электроника и приборостроение» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Приборостроение
Авторы работы: ГБОУ Школа им. А. Боровика
Предметы: Физика
Классы: 11 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Наука для жизни» 2020 года

Актуальность

В современном обществе при добыче полезных ископаемых нередко используются различные «умные» устройства, и, как правило, их обслуживанием и управлением занимаются люди, здоровье которых часто подвергается всяческим угрозам. Всего с 2004 по 2019 год на шахтах России произошло 167 аварий, в результате которых погибло 882 человека. Основными причинами смертельного травматизма явились взрывы (вспышки) метана и угольной пыли – 63 %; обвалы и обрушения горной массы (крепи) – 12 %; эксплуатация транспорта – 9 %. Наиболее острой является проблема аварий, связанных с взрывами метана и угольной пыли. Такие аварии приводят к наиболее тяжёлым социальным и экономическим последствиям.

Цель

Создать систему мониторинга уровня радиации и концентрации углекислого газа и метана для отслеживания опасных явлений и процессов на производстве

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Микроконтроллер Atmega328p
  • LCD дисплей HJ1602A 16x2
  • Пьезоизлучатель звуковой SMD 4кГц / 75дБ
  • Датчик широкого спектра газов MQ-2
  • Датчик углекислого газа MQ-135
  • Счетчик Гейгера-Мюллера СБМ 21
  • Паяльник
  • Бормашина
  • Термопистолет клеевой
  • Мультиметр цифровой
  • Аккумуляторная

Описание

В процессе работы над проектом был сконструирован прибор, способный определять уровень радиации и концентрации опасных газов, а также служить альтернативным источником света.

После включения прибора на дисплее появляются значения с датчиков, частоту обновления приходящих значений которых можно поменять в настройках. «Кликая» на тактовые кнопки, можно менять тип отображаемых параметров (концентрация углекислого газа и метана в ppm, уровень радиации в мкЗв/ч). Также есть возможность включить подсветку с мощным светодиодом. При отклонении от норм, установленных настройками, пьезоизлучатель начинает издавать сигнал, уведомляя об опасности. Зарядка устройства происходит с помощью модуля зарядки через micro-USB кабель. Время зарядки после полной разрядки аккумулятора составляет 2 часа (для li-ion аккумулятора на 2000 mAh). Настройки позволяют устройству перейти в более экономичный режим потребления тока. Когда энергопотребление прибора снижается, данные с газоанализаторов обновляются реже по сравнению с активным состоянием прибора, что способствует экономии электроэнергии.

Управление устройством происходит с помощью двух тактовых кнопок. При трёхсекундном зажатии одной из них загорается светодиод. Для его отключения нужно снова зажать одну из кнопок на 3 секунды. Для переключения между показаниями датчиков используется однократное нажатие тактовых кнопок. Кроме того, в приборе существуют дополнительные настройки; для перехода в них необходимо зажать две кнопки на 5 секунд, после чего на дисплее появится возможность изменения значений, о выходе из которых будет сигнализировать пьезоизлучатель.

Результаты работы/выводы

Сконструирован прибор, с помощью которого можно проводить мониторинг уровня радиации и концентрации опасных газов; прибор может также служить альтернативным источником света.

Перспективы использования результатов работы

Устройство можно использовать в шахтах для индивидуального мониторинга окружающей среды и как осветительный прибор в случае поломки основных источников света.