Устройство контроля и поддержания оптимального микроклимата в учебном заведении

Актуальность

Наш проект меняет мир, улучшая микроклимат в помещениях школы, в которых мы проводим больше четверти всего дневного времени. И то, каким будет наше состояние, как комфортно нам будет учиться, как продуктивно будет работать наш мозг, во многом зависит от окружающего микроклимата. К сожалению, люди зачастую несерьёзно подходят к этому вопросу. В большинстве случаев ограничиваются только контролем температуры. Такие важные параметры, как влажность воздуха, его чистота, концентрация углекислого газа, наличие посторонних примесей ускользают от нашего внимания.

Цель

Разработать и изготовить устройство контроля и поддержания оптимального микроклимата в учебном заведении. Устройство должно работать в ручном и дистанционном режимах, удалённо сигнализировать администратору о нежелательных изменениях микроклимата: влажности, температуре, наличии вредных примесей в воздухе, увеличенной концентрации углекислого газа, пыли.

Задачи

1. Изучить оптимальные параметры микроклимата в учебном заведении.
2. Выработать алгоритмы контроля и измерения параметров воздуха.
3. Разработать и изготовить прототип устройства контроля микроклимата в учебном заведении.
4. Разработать схему взаимодействия устройства с мобильным приложением для автоматического оповещения оператора о превышении допустимых параметров.
5. Апробировать устройство, сделать выводы о целесообразности его применения.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Лазерный станок Kamach 6090 HYPE
• 3D-принтер FlyingBear Ghost 5 с директ-экструдером
• Мобильный ПК с операционной системой Linux
• Arduino NANO и ESP8266
• Аккумуляторные батарейки
• ЖК-дисплей (текстовый дисплей)
• Набор датчиков (влажности, температуры, атмосферного давления, пыли, света и спектра газов)
• Набор для программирования Arduino
• Набор для пайки

Описание

На начальном этапе работы над проектом автор взял пластиковую коробку объёмом 15 л с проделанными окошками для выхода воздуха, установил в ней пластиковые решётки, напечатанные на 3D-принтере. На крышку автор установил корпусной вентилятор для ПК. Для управления скоростью вентилятора был использован самодельный диммер. Внутри были установлены изготовленные крепления для фильтрующего элемента. Устройство работало в ручном режиме и прекрасно себя зарекомендовало.

На первом этапе автор решил изготовить корпус из акрила, разработал и исследовал оптимальные варианты его сборки. Составил функциональную схему устройства. На разработку корпуса из акрила ушли пара месяцев неспешной работы, за это время были исследованы такие методы сборки, как сварка с помощью заточенного медного жала и паяльника, сборка корпуса на силиконовый герметик, цианакрилатный клей моментального склеивания. В результате было принято решение изготовить корпус на цианакрилатном клее.

Во время сборки корпуса работал 3D-принтер, печатая пластиковые детали. Детали обработаны дихлорэтаном для сглаживания слоёв 3D-печати. Компоненты были соединены на шлейфы и разъёмы (модульность сборки), это существенно повысило ремонтопригодность. Для герметизации элемента перехода шлейфов решили использовать силиконовые прокладки.

На следующем этапе автор написал программу прошивки для Arduino NANO и ESP8266, это позволило создать веб-приложение для управления устройством и просмотра параметров воздуха в любой точке мира. Также это помогло объединять устройства и управлять целой группой устройств, в автоматическом режиме они могут работать как вместе, так и по отдельности. На экран устройства мы вывели основные данные о чистоте воздуха, концентрации CO₂ и частиц пыли.

Устройство контролирует и другие опасные газы, такие как пропан, бутан, метан и прочие. Оно предупредит администратора и людей поблизости о превышении безопасной концентрации. Также отслеживается уровень и температура воды внутри устройства.

Результаты работы/выводы

В проекте предпринята попытка создания недорогого, универсального и эффективного устройства мониторинга и поддержания микроклимата с возможностью дистанционного контроля параметров воздуха, управления и сигнализации администратору о превышении допустимых концентраций газов, влажности, температуры, пыли.

Развитие проекта и апробация устройства продолжаются, вырабатываются рекомендации по его дальнейшему улучшению и развитию.

Перспективы использования результатов работы

1. Мы можем сделать наборы для сборки, в которых будет всё необходимое для создания устройства у себя дома.
2. Имеется возможность собирать устройства и поставлять их в образовательные учреждения для улучшения качества воздуха в классах.
3. Продолжение исследовательской работы по улучшению микроклимата в учебных заведениях и созданию экосистемы устройств.

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

Школьная научно-практическая конференция проектных и исследовательских работ обучающихся в номинации «Проект года» – победитель

Мнение автора

«Сейчас в больших городах качество воздуха находится на достаточно низком уровне, а мой проект поможет проследить за качеством воздуха и принять действенные меры для его очистки. У проекта есть будущее, я стану активно развивать своё устройство.

Городской проект «Инженерный класс в московской школе» достаточно интересный, он позволяет учащимся московских школ попробовать свои силы в решении многих инженерных и исследовательских задач, а заодно познакомиться со многими ведущими в инженерной отрасли вузами.

Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» интересна многим учащимся, там они могут не только представить свои проектные работы, но и продемонстрировать знания и компетенции»