Проекты

Мультифункциональный шлюз управления

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Приборостроение, микроэлектроника и схемотехника» среди работ учащихся 7−9 классов
Направление работы: Электроника
Авторы работы: ГБОУ «Школа № 627»
Предметы: Физика, Информатика
Классы: 9 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 2020 года

Актуальность

Выбор темы для проекта обусловлен всё нарастающими темпами развития технологий, которыми пользуется современный человек, и количеством этих технологий. Все стремятся упростить жизнь, сделать её более комфортной, уменьшить количество стресса и волнения, и в этом может помочь мультифункциональная система умного дома, которая позволит отслеживать состояние помещения и определять многие его параметры, например, газовый состав воздуха, температуру и даже освещённость. Мы разработали отдельные модули и смогли их соединить в общую сеть. К таким модулям можно отнести модуль пожаротушения, модуль контроля уровня СО2, модули освещённости, реагирующие на внешний свет, и так популярные сейчас системы УФ очистки помещения от бактерий и микробов, работающие в автономном режиме.

Цель

Создание мультифункциональной системы управления умным домом (которая сможет составить конкуренцию иностранным системам как по функциональности, так и по стоимости), состоящей из бесконечно возможного количества анализирующих модулей, собирающих подробную информацию о состоянии помещения, будь то складское, офисное или жилое помещение.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • 3D-принтер 3DQ One

  • паяльная станция Salomon

  • Микроконтроллеры Arduino Uno

  • ПО Fusion 360

Описание

Первым делом был проведён анализ конкурентного рынка. Затем авторы приступили к созданию эскизов шлюза и их технического описания. Заказали необходимые детали и компоненты, однако многого в магазине не оказалось, поэтому пришлось спроектировать недостающие детали и узлы в программе Fusion 360. Затем была спроектирована электронная плата Sprint Layout и произведена отладка программного кода управления шлюзом. Завершающим этапом стала сборка электронной части, а также заливка и отладка программного кода. В качестве дополнения авторы создали демонстрационное приложение для сотового телефона.

Результатом стали автономные и компактные модули, которые весьма стабильно работают и справляются со своими задачами, а также могут быть использованы, к примеру, в тепличных комплексах. Информация будет обрабатываться головными блоками по радиосигналу, чтобы избежать помех, и будет передаваться через Bluetooth непосредственно на устройство пользователя или удалённо на персональный веб-сервер. Таким образом, мы образуем топологию «дерево», что, на наш взгляд, является одной из лучших схем. Реплицируя блоки, мы можем перекрыть любую площадь помещений.

Результаты работы/выводы

Результатом нашей работы являются: функционирующий прототип системы умного дома с несколькими анализирующими модулями и возможным подключением дополнительных модулей. Произведён полноценный вывод данных всех параметров, собранных модулями по радиоканалу, на центральное устройство. Также внедрены дополнительные схемы, например, автономная система вентиляции воздуха, способная поддерживать комфортные условия для работы людей по уровню CO2, и система локального тушения небольших очагов возгорания, которая может быть перестроена под автономную систему полива в теплицах. К выводам можно отнести приобретённые навыки в работе с программным кодом на С++, в работе с новыми компонентами от компании ООО «Грин Хелпер» и созданию более сложных электрических схем.

Перспективы использования результатов работы

Реализация задуманных идей, отладка взаимодействий между модулями и усовершенствование возможностей взаимодействий пользователя с системой. Установка получившейся системе в школьном классе для демонстрации функциональных возможностей.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Компания ООО "Грин Хелпер".

Мнение автора

«Конференция «Инженеры будущего» – это бесценный опыт, который, несомненно, пригодится в дальнейшем. К одной из наших побед можно отнести решение проблемы, связанной с неудовлетворительным качеством работы NRF модулей. Нам удалось, используя простые и доступные компоненты, создать конкурента профессиональным системам умного дома. Тем самым мы показали, что нет нерешаемых задач. Работа над проектом позволила получить много новых знаний и изучить ряд тем. В будущем планирую продолжить работу над проектом».