Проекты

Разработка распределённой системы дистанционного мониторинга уровня воды в кулерах

Работа победителя конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Информационные технологии, программирование, прикладная математика, социальный инжиниринг» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: Инженеры
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1575
Предметы: Математика, Информатика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

В процессе эксплуатации питьевых кулеров наступает ситуация, когда в устройстве заканчивается вода; время, когда произойдет это событие, рассчитать сложно. Как правило, технический специалист, отвечающий за обслуживание устройства, не находится рядом, и информация о событии ему не поступает. Также при наличии большого количества аппаратов бывает сложно рассчитать необходимое количество воды, которое будет потрачено за следующий промежуток времени (например, неделю или месяц). Ошибки в подобных расчетах могут привести к повышенным расходам на доставку или к неудобствам, связанным с хранением непонадобившихся бутылей.

Автоматизация контроля уровня воды и сбор статистических данных использования кулеров в офисных, производственных и других помещениях позволяет снизить издержки и повысить производительность труда специалистов, отвечающих за обслуживание кулеров, а также более эффективно производить закупки бутылей у поставщиков.

Цель

Разработать систему контроля уровня воды в кулере и сбора статистических данных его использования на основе микроконтроллера, бесконтактного ёмкостного датчика наличия воды, размещенного с внешней стороны ёмкости, и облачной базы данных.

Задачи

  1. Фиксирование критического уровня воды в кулере с помощью бесконтактного датчика контроля уровня жидкости:
    • выбор датчика;
    • согласование датчика с платой микроконтроллера.
  2. Создание устройства, способного при получении сигнала от датчика, выйти в интернет, отправить уведомление на мобильное устройство и записать информацию в базу данных:
    • выход в Интернет должен осуществляться посредством Wi-Fi;
    • использование популярного сервиса – telegram.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Персональный компьютер с установленным ПО (Arduino IDE, С++, MySQL-сервер, telegram сервер)
  • Микроконтроллер ESP8266 со встроенным Wi-Fi модулем (или любой другой семейства ESP).
  • Ёмкостный цифровой датчик XKC-Y25-V
  • Блок питания 5В 1А
  • Смартфон (планшет)

Описание

Была разработана система дистанционного мониторинга уровня воды в кулерах и сбора статистики расхода воды на основе бесконтактных ёмкостных датчиков уровня жидкости и микроконтроллера семейства ESP, использующая облачную базу данных для хранения необходимой информации.

Полученная система позволяет полностью автономно, независимо от человека, периодически проверять уровень воды во всех кулерах, обладает понятными настройками и удобным интерфейсом, который дает возможность сотрудникам, не обладающим знаниями программиста, подготовить систему к работе и получить доступ к собранной информации.

Система также оперативно доставляет уведомления указанному в аккаунте пользователя лицу.

Доступ к настройкам, уведомлениям и статистике можно получить с любого устройства, подключённого к сети Интернет.

Первоначально было разработано само устройство, а также крепление датчика к бутыли, позволяющее без использования каких-либо инструментов произвести замену ёмкости и зафиксировать датчик на нужном уровне. Далее был разработан и сопряжён с устройством веб-сервер, отвечающий за сбор статистических данных и работоспособность аккаунта пользователя.

Результаты работы/выводы

Результатом работы является стабильно функционирующий прототип системы, выполняющий поставленные задачи.

Перспективы использования результатов работы

Планируется расширение функционала системы: добавление новых функций в аккаунт пользователя, упрощение интерфейса.

Данную систему без изменений программной части (необходимо переработать крепление) можно также использовать для мониторинга состояния санитайзеров в общественных местах (в школах, в метро, в торговых центрах), при этом наличие розетки рядом не обязательно, так как предусмотрен режим экономии энергии, в котором контроллер сможет работать от автономного источника питания несколько месяцев.

Награды/достижения (в каких конкурсах и с какими результатами выставлялась ранее эта работа)

Диплом первой степени XVII открытой научно - практической конференции - конкурса учащихся «Электронная Россия: выбор молодых»

Мнение автора о своей работе, проекте «Инженерный класс в московской школе», конференции «Инженеры будущего», пожелания)

«Наша разработка может стать полноценной системой, способной контролировать не только конкретный объект, но и целый набор датчиков, отправляя необходимые команды по описанному пользователем алгоритму исполнительным устройствам. Это может помочь разным категориям людей – от обычных граждан, использующих данный функционал в качестве аналога системы «умного дома», и до владельцев крупных производств путем увеличения степени автоматизации.

Подобные конференции не только способствуют углублению знаний учащихся в интересующих их направлениях, но и помогают развивать навыки выступления перед аудиторией. А также способствуют появлению новых продуктов, направленных на улучшение качества жизни общества!»