Проекты

«Умный» стилус

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Инновации умного города. Умная школа» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: 3D-моделирование, Микроэлектроника, 3D-печать
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1852
Предметы: Физика, Информатика, Черчение
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

Несколько лет назад школы Москвы стали оснащать интерактивными электронными досками. Они обладают обширным функционалом и имеют ряд преимуществ перед обычными досками, но одна из больших проблем таких устройств – переключение режимов работы. В силу своих размеров смена инструментов на доске отнимает много времени и мешает продуктивной работе. Умный стилус решает эту проблему, предоставляя возможность быстрого переключения на различные режимы работы на самом устройстве. Такой стилус направлен, в первую очередь, на сферу образования, но подобные устройства могут также упростить работу дизайнерам, художникам и другим специалистам, в деятельности которых необходима работа с «умными» устройствами.

Цель

Разработка эргономичного «умного» стилуса на платформе Arduino с применением программного комплекса САПР «SolidWorks» для образовательных целей.

Задачи

  1. Изучить теоретические основы и получить навыки построения 3D-моделей.
  2. Изучить основы программирования микроконтроллеров на языке C++.
  3. Изучить основы сборки электронных схем.
  4. Изучить особенности проектировки эргономичного стилуса.
  5. Разработать 3D-модель стилуса в SolidWorks.
  6. Написать код для работы платформ Arduino и Digispark.
  7. Собрать макет «умного» стилуса.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Arduino nano
  • Digispark Attiny85
  • Два bluetooth-модуля HC-05
  • I2C OLED дисплей разрешением 128 на 32 пикселя диагональю 0.91 дюйма
  • Аккумулятор форматом 14700
  • Плата зарядки аккумулятора с портом USB-C

Для печати компонентов системы был использован 3D-принтер MakerBot method.

Описание

Проект представляет собой систему из двух устройств: «умного» стилуса и USB-передатчика. Основой работы умного стилуса служит платформа Arduino, оснащённая микроконтроллером для обработки информации. Она передаёт информацию о текущем режиме работы доски дисплею, где эта информация отображается для пользователя. Две кнопки на стилусе служат для переключения режимов работы доски, они также соединены с платформой Arduino.

Bluetooth-модуль служит для передачи сигналов о переключении режимов от платформы Arduino-стилуса, к платформе Digispark USB-передатчика посредством второго bluetooth-модуля на передатчике. Питание стилуса обеспечивает аккумулятор, оснащенный разъёмом для его зарядки.

После отправки сигнала на bluetooth-модуль его принимает Digispark. Особенностью этой платформы является возможность работы в качестве устройства ввода компьютера и подключение через USB. За счёт этого передатчик может передавать серию горячих клавиш программе доски, за счёт которых и будет происходить переключение режимов. Питание передатчика осуществляется через USB.

Для создания модели «умного» стилуса автором был выбран программный комплекс САПР «SolidWorks».

Этапы разработки модели

  1. Разработка 3D-модели корпуса стилуса.
  2. Создание электронной схемы.
  3. Написание кода для работы платформ Arduino и Digispark.
  4. Подготовка модели к 3D-печати.
  5. Сборка корпуса стилуса с электронными компонентами.

Сегодня на рынке представлены множество стилусов, среди которых выделяются стилусы с двумя формами сечения: круглой и треугольной. В качество формы «умного» стилуса была выбрана круглая форма, так как она позволяет создать наиболее компактный корпус и удобное расположение электронных компонентов.

В процессе разработки было проработано оптимальное расположение компонентов стилуса.

Результаты работы/выводы

В процессе работы над проектом автор изучил основы 3D-моделирования, программирования микроконтроллеров на языке C++, сборки электронных схем. На основе полученных знаний был написан код для работы системы «умного» стилуса, разработана 3D-модель системы, собраны электронные схемы и итоговая модель проекта.

Перспективы использования результатов работы

Проект может использоваться и развиваться как в сфере образования, так и в других сферах (например, дизайн). Перспективами являются усовершенствование технического оснащения системы, доработка системы для запуска в массовое производство, изменение системы для нужд других сфер.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Детский технопарк «Альтаир» РТУ МИРЭА

Мнение автора

«В ходе работы в рамках конкурса «Инженеры будущего» я приобрёл много опыта и новых знаний, интересно провёл время»