Умный термометр

Актуальность

Многие люди, в частности, ученики школы, в которой учится автор, испытывали неудобства, вызванные неэффективными методами сбора, обработки и хранения требуемой информации. Одним из таких случаев являлся процесс измерения температуры тела посетителей. Пока в мире существуют очереди, задержки и прочие раздражающие факторы, проблема оптимизации процессов, вызывающих их, остаётся актуальной. В данные процессы необходимо внедрять современные технологии.

Цель

Поиск решений по ускорению и упрощению процесса фиксации температуры учащихся при входе в школу.

Задачи

1. Поиск и рассмотрение теоретических решений по достижению цели.
2. Выбор наиболее рационального и доступного из них.
3. Определение средств, позволяющих использовать это решение.
4. Разработка необходимого оборудования.
5. Создание рабочего прототипа устройства, решающего поставленную проблему.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

Электронные компоненты:

• Микроконтроллер Freduino Nano
• Wifi-модуль ESP-01
• RFID-Сканнер RC522
• Датчик температуры MLX90614ESF-BCC
• ЖК-дисплей LCD 1602a v2.0
• Батарейки АА, кнопка, тумблер, резисторы, соединительные провода

Программное обеспечение:

• Python 3.9.2
• Arduinoide 1.8.13
• SOLIDWORKS 2018
• Simplify3D

Оборудование:

• 3D-принтер
• Паяльная станция
• Компьютер на ОС Windows с установленным MS Office 2010

Инструменты:

• Набор отвёрток, пинцет, кусачки, клещи

 Другое:

PLA пластик (белый), винты, гайки, припой, флюс, колодки

Описание

Первым этапом выполнения работы стало изучение теоретических путей решения поставленной проблемы. В ходе этого этапа были рассмотрены различные концепты устройств с различными функциями, после чего из них был выбран наиболее удачный вариант.

Следующим этапом была разработка устройства, определение того, из чего оно должно состоять. Были подобраны и заказаны необходимые компоненты, составлена приблизительная схема.

В ходе третьего этапа все составляющие первого прототипа были проверены и настроены, после чего на макетной плате была собрана рабочая схема.

Четвёртый этап работы был посвящён созданию прошивки микроконтроллера в среде Arduino IDE. Были подобраны и изучены необходимые библиотеки, составлен алгоритм работы итогового устройства. Результатом стала полностью рабочая программа, отвечающая заложенным в неё требованиям.

Следом за прошивкой для микроконтроллера шла разработка программы для сервера, собирающего и обрабатывающего информацию с устройства. Для этого было необходимо изучить библиотеки для работы с сетью и электронными таблицами. В итоге была создана программа, способная налаживать связь с устройством, собирать с него данные и фиксировать их в специальную таблицу.

Шестой этап работы стал финальным. Всё, созданное ранее, было собрано вместе в один корпус. Этот корпус был специально разработан и напечатан из пластика, позволив компактно разместить каждый из необходимых компонентов. Все элементы были спаяны между собой проводами, к ним также добавились батарейки, большая кнопка и тумблер. Готовое устройство было протестировано в школе, в ходе чего были выявлены его достоинства и недостатки.

Результаты работы/выводы

Был определён наиболее рациональный путь достижения цели, разработан концепт и создан действующий прототип устройства, успешно выполняющий возложенные на него функции и тем самым решающий проблему быстрого контроля температуры при входе в школу. Таким образом, цель работы была достигнута.

Перспективы использования результатов работы

Результаты работы позволяют судить о пользе, которую может принести созданный прототип, а значит и об успешности концепта в целом, что создаёт почву для перехода к созданию мелкосерийного производства.

Более того, круг применения изготовленного устройства не ограничивается контролем температуры в школе или в другом месте. Так как датчик температуры несложно заменить на любой другой, то результат работы может найти себе место в любых других отраслях, где необходимо быстро измерять и фиксировать некоторую информацию, привязывая её к своему носителю. Тем не менее, даже в существующем виде помимо изначального предназначения концепт устройства может быть полезен, например, в сельском хозяйстве.

Мнение автора

«Я получил огромный опыт и удовольствие при работе над проектом, так как она затронула множество интересных для меня тем, а также позволила развить новые полезные умения.

Участие в открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» дало возможность продемонстрировать свою работу, получить её оценку, посмотреть работы других талантливых ребят. Я желаю всем участникам успехов в их проектах и исследованиях!»