Система видеофиксации нарушителей-курильщиков на платформе Arduino
Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Поиск» среди работ учащихся 10−11 классов |
Направление работы: Робототехника
Авторы работы: АНОО «ШКОЛА СОСНЫ»
Email: Написать
Предметы: Физика, Химия, Информатика
Классы: 11 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» 2020 года
|
Актуальность
Сегодня, несмотря на запрет курения, многие люди курят в общественных местах. В основном это происходит из-за того, что нарушители уверены в том, что они окажутся безнаказанны, так как большинстве случаев в помещениях не установлены датчики табачного дыма в виду их высокой стоимости. Если же такие датчики установлены, то даже при установлении факта курения, достаточно сложно установить личность нарушителя запрета курения в общественных местах. К сожалению, и среди школьников встречаются учащиеся, которые курят в школьном туалете.
Поэтому разработка недорогой и простой в эксплуатации системы обнаружения курильщиков в школьном туалете и их идентификации является очень актуальным в настоящее время проектом.
Цель
Разработать прототип системы обнаружения и идентификации личности нарушителей запрета курения в общественных местах (на примере школьного туалета).
Задачи
- Определить электронные компоненты для работы системы.
- Разработать принципиальную электрическую схему системы.
- Собрать прототип системы для демонстрации ее работы.
- Написать программы (скетчи) для плат Arduino UNO, управляющих работой системы.
- Провести испытание разработанной системы.
Оснащение и оборудование, использованное при создании работы
Блок определения курения
1. Плата Arduino Uno R3
2. Модуль беспроводной связи nRF24L01+
3. Адаптер для NRF24L01+
4. Датчик газа MQ-2
5. Датчик движения HC-SR501
6. Датчик часов реального времени Tiny RTC I2C 24C32
7. Блок питания
Блок управления
1. Плата Arduino Uno R3
2. Модуль беспроводной связи NRF24L01+ PA + LNA с антенной
3. Адаптер для NRF24L01+
4. Плата GPRS Shield для отправления SMS
5. Блок питания
Блок видеонаблюдения
1. Беспроводной маршрутизатор D-Link DIR-300
2. IP-камеры видеонаблюдения
3. Компьютер
Описание
В начале работы над проектом авторами был проведен анализ опубликованных в Интернете решений для разработки системы обнаружения и идентификации курильщиков нарушителей запрета курения в общественных местах. Есть описания коммерческих систем, определяющих факт курения в общественных местах, но не устанавливающих личность нарушителя и имеющих высокую стоимость, и есть описания различных детекторов табачного дыма. Проектов и решений для разработки системы идентификации курильщиков, нарушителей запрета курения в общественных местах, найти не удалось.
Разработанная в рамках данного проекта система не имеет аналогов.
Была разработана оригинальная, простая, недорогая, система на основе платформы Arduino. Предложен и реализован метод идентификации учащихся, курящих в школьном туалете: с помощью камеры наблюдения, установленной снаружи туалетной комнаты осуществляется видеофиксация нарушителя, а это позволяет идентифицировать личность нарушителя.
Предложенная система является комплексным решением, включающим в себя несложную в установке и эксплуатации подсистему видеонаблюдения. Возможность получения не только сообщения о факте курения, но и изображения нарушителя при выходе из туалетной комнаты делает работу системы более эффективной.
Поэтому, созданная в данной работе система обнаружения курильщиков в школьном туалете является оригинальной (самостоятельной) разработкой и по конструкции, и по программному обеспечению.
Преимуществом разработанной системы является простота в эксплуатации и расширяемости количества включенных в систему блоков определения курения.
Система видеофиксации на платформе Arduino нарушителей курильщиков состоит из следующих блоков:
- блок определения факта курения. Данный блок состоит из платы Arduino UNO, к которой подключены датчик газа, датчик движения, датчик часов реального времени и модуль беспроводной связи для передачи данных на центральный узел (блок управления). В состав системы может входить несколько блоков определения курения (по одному на каждую туалетную комнату);
- блок управления для приема сообщений об обнаружении факта курения, отправки администрации школы SMS о факте курения. Данный блок состоит из платы Arduino UNO, к которой подключены модуль беспроводной связи для приема данных с блока определения курения и плата GPRS Shield для отправления SMS;
- блок видеонаблюдения. Данный блок состоит из беспроводного маршрутизатора, IP-камер видеонаблюдения и компьютера для записи изображений с камер видеонаблюдения. Беспроводной маршрутизатор используется для создания беспроводной и проводной локальной сети, к которой подключаются IP-камеры и компьютер. IP-камеры устанавливаются на стене напротив двери в туалет. Просмотр видеоизображений с камер видеонаблюдения производится на компьютере, который также подключен к локальной сети.
Принцип работы системы видеофиксации нарушителей курильщиков на платформе Arduino.
Обнаружение события "Курение в туалете" осуществляется с помощью модуля определения курения, в состав которого входит датчик газа MQ-2.
Датчик газа включается по таймеру с 9.00 до 18.00, кроме субботы и воскресения, и по датчику движения (в целях увеличения срока службы датчика дыма). Датчик газа включается при входе учащегося в туалет.
При обнаружении события "Курение в туалете" выполняются следующие действия:
1) на блок управления по радиоканалу с помощью модуля nRF24L01+ передаются время и показания датчика газа;
2) отправляется SMS администрации школы и сотруднику службы охраны. В сообщении передается время и показания датчика газа.
Запись с IP-камеры, расположенной напротив двери в туалет, включается по встроенному детектору движения.
Таким образом, данная система позволяет идентифицировать личность учащегося, который курил в школьном туалете.
Для защиты блока определения курения от уничтожения (ликвидации) разработан антивандальный модуль, в котором используется передача на блок управления с определенным интервалом сигнала по радиоканалу с помощью модуля nRF24L01+. При уничтожении блока определения курения связь прерывается. Это событие и позволяет определить уничтожение блока определения курения. После определения события «Уничтожение блока определения курения» отправляется SMS администрации школы и сотруднику службы охраны.
Результаты работы/выводы
- В ходе работы над проектом собран действующий прототип системы видеофиксации на платформе Arduino нарушителей-курильщиков.
- Способ, предложенный для идентификации учащихся, курящих в школьном туалете, позволяет разработать систему обнаружения и идентификации нарушителей-курильщиков.
- Разработанный прототип системы обнаружения и идентификации курильщиков в школьном туалете позволит своевременно оповещать администрацию школы о факте курения в школьном туалете, фиксировать нарушителя с помощью камеры видеонаблюдения, установленной снаружи туалетной комнаты, и таким образом предотвращать курение в школьном туалете. Так как, если учащийся будет знать, что не только факт курения будет обнаружен, но и личность курящего будет установлена, то это остановит его от курения в школьном туалете.
Перспективы использования результатов работы
Разработанный прототип системы видеофиксации нарушителей-курильщиков рекомендуется школам для борьбы с курением.
Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы
Московский политехнический университет.
Мнение автора
«В результате проведённой работы нами были получены навыки конструирования и программирования в среде Arduino, была собрана и протестирована система видеофиксации нарушителей-курильщиков на платформе Arduino. Участие в конференции «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» позволило нам освоить навыки представления результатов работы над проектом»