Проекты

«Умный» обогреватель

Работа призёров конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «3D-моделирование, 3D-печать и VR/AR-технологии» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Инженерия
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1288
Предметы: Информатика, Программирование, Робототехника
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

Для комфортного проживания в доме необходимо поддерживать определённый уровень температуры. Отклонения от нормы могут привести к плохому самочувствию, а также способствовать развитию различных заболеваний. У многих из-за большой занятости или рассеянности не получается следить за конвектором.

Цель

Создание «умного» обогревателя, который сможет конкурировать в цене и качестве с уже существующими моделями отопителей, в целях массового продвижения комфортного способа отопления жилого помещения.

Задачи

  1. Создание «Дорожной карты» проекта.
  2. Знакомство с базовыми знаниями программирования, 3D- моделирования, электротехники.
  3. Анализ существующих отопителей, компонентов для создания отопителя, подходящей и комфортной температуры для человека.
  4. Объединение полученной информации.
  5. Выбор лучших компонентов и их закупка.
  6. Создание прототипа.
  7. Создание 3D-модели.
  8. Программирование электрической схемы и системы умного дома.
  9. Создание приложения для мобильного устройства контроля уровня температуры и работы продукта.
  10.  Создание итогового продукта.
     

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • 3D-принтер
  • Станок лазерной резки
  • Фрезерный станок
  • Ноутбук
  • Аппаратная платформа Arduino
  • Autodesk Fusion 360

Описание

Авторами был проведён массовый анализ обогревателей разных видов (в том числе, «умных» отопителей) на территории РФ, а также компонентов, необходимых для создания продукта. Создана 3D-модель отопителя и модуль Wemos D1 mini Pro. Авторами был произведён заказ компонентов, скомпонована и запрограммирована электросхема.

Авторы проделали работу самостоятельно, руководствуясь полученными рекомендациями и указаниями научного руководителя.

Этапы проекта:

1)       Подготовка к проекту:

          а) Составление плана работы для реализации проекта;

          б) Получение необходимых знаний в области программирования, 3D-моделирования и электротехники;

2)       Анализ и синтез:

          a) существующих способов обогрева помещения;

          б) рынка умных обогревателей на территории РФ;

          в) необходимых компонентов для модернизации конвектора;

          г) подходящей и комфортной температуры для человека;

3)       Создание и программирование электроцепи на платформе Tinkercad;

4)       Моделирование:

          а) создание эскиза;

          б) создание модели платы Wemos D1 mini Pro;

          в) моделирование корпуса конвектора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методика выполнения работы:

  • Сбор и обработка информации
  • Получение необходимых знаний с использованием платформы YouTube
  • Получение консультаций преподавателей и жюри конкурса
  • Сравнение

 

Концепция «умного» обогревателя

Авторы предложили модифицировать самый обычный обогреватель с биметаллическим термостатом, включив в разрыв питания «умный» блок управления на основе реле, ESP-8266 и Bluetooth для связи с внешним датчиком температуры, который предполагается устанавливать именно там, где требуется поддерживать температуру (возле кровати, рабочего места и др.). Подобное решение сохранит аналоговый способ управления, обеспечит безопасность и базовую функциональность даже при выходе из строя «умного» модуля.

Рисунок 1. Умный конвектор

 

Рисунок 2. Умный конвектор

 

Блок управления

В связи с тем, что рамка блока управления не подходила под требования проекта из-за отсутствия дополнительных отверстий для включения «умной» системы, а также антенны, на основе имеющейся была смоделирована и напечатана на 3D- принтере новая версия.

Рисунок 3. Блок управления

 

Электроцепь

На базе онлайн-приложения Tinkercad была смоделирована и запрограммирована электроцепь.

Рисунок 4. Схема электроцепи

 

Состав и себестоимость проекта

При прочих равных разработанное изделие выигрывает по цене, а вынесенный за пределы корпуса датчик температуры существенно повышает уровень комфорта.

Результаты работы/выводы

В ходе работы были выполнены практически все поставленные задачи:

  1. Создание «Дорожной карты» проекта.
  2. Знакомство с базовыми знаниями программирования, 3D-моделирования, электротехники.
  3. Анализ существующих отопителей, компонентов для создания отопителя.
  4. Объединение полученной информации.
  5. Выбор лучших компонентов и их закупка.
  6. Создание прототипа.
  7. Создание 3D-модели.
  8. Программирование электрической схемы.

Таким образом, авторами создана 3D-модель «умного» обогревателя. В настоящий момент проводятся разработка программного обеспечения и подготовка к сборке прототипа.

Перспективы использования результатов работы

Авторы рассчитывают развивать свой проект и после привлечения инвестиций запустить массовое производство устройства, при этом предполагается, что его цена будет сопоставима с существующими аналогами.

Награды/достижения

Конкурс «3D БУМ в номинации «Умный дом» – победитель.

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

«Наша команда впервые работала над подобным проектом. Мы получили немалый опыт, а также полезные советы и замечания от жюри. Мы гордимся своим «детищем», благодаря ему мы сумели обнаружить свои преимущества и недостатки. От проекта получили лишь положительные эмоции. Было приятно увидеть столько талантливых и активных сверстников. Конкурс также повысил наш интерес и желание познавать окружающий мир, создавать нечто новое, что сможет пригодиться нашим соотечественникам»