Автономная система защиты от утечки газа

Актуальность

В рамках формирования у учащихся способности самостоятельно действовать активизация познавательной самостоятельности занимает важное место. Особо остро данная проблема стоит на уроках физики. Для прочного и осознанного овладения системой физических знаний и умений следует сформировать у учащихся потребности в осуществлении творческого преобразования учебного материала. Федеральный государственный образовательный стандарт требует развития самостоятельности учащихся, а в жизни современных школьников важное место занимают информационные технологии, что актуализирует проблему поиска новых методических приёмов её активизации, связанных с информационными технологиями.

Цель

Создать систему для мониторинга состояния газового оборудования и реагирования на утечки газа.

Задачи

1. Изучить материальную базу и область для выбора подходящего оборудования.
2. Разработать механизм открывания окон.
3. Создать схему модели в симуляторе Tinkercad.
4. Написать соответствующий схеме программный код.
5. Собрать прототип устройства и произвести его доработку.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Компьютер для поиска и анализа информации и проектирования устройства
• Сервоприводы SG996R
• Соленоидный клапан
• Датчик газа MQ-5
• LCD-дисплей МЭЛТ
• Аналоговый датчик температуры lm35
• Однокональное реле
• Пьезодинамик
• Микроконтроллер Arduino UNO

Описание

При разработке устройства применялись возможности платформы Tinkercad. С помощью данной платформы были разработаны:

●       Схема устройства для проверки работоспособности (рис. 1);

●       Программный код для проверки функционала с помощью симуляции

Рисунок 1 – Схема подключения устройства в Tinkercad

Созданная в Tinkercad схема использовалась для написания программного кода и проверки работоспособности устройства. На данной схеме биполярный транзистор используется в качестве замены одноканального реле, а лампа накаливания установлена вместо нормально закрытого соленоидного клапана.

Разработка данной схемы позволила написать программный код работы датчиков и модулей, а также убедиться в работоспособности устройства (рис. 2.)

Рисунок 2 – Симуляция работы устройства в Tinkercad

На рисунке 2 видно, как при увеличении концентрации газа возле датчика MQ-5 сервоприводы, ответственные за открытие и закрытие окон, меняют своё положение, а лампочка, заменяющая соленоидный клапан, включается.

Разработанное устройство предусматривает постоянный мониторинг состояния воздуха в помещении с газовым оборудованием. В частности, устройство должно оценивать концентрацию огнеопасного газа в помещении. Для определения концентрации используются вышеописанные датчики газа. При фиксировании опасного значения газа устройство производит включение сигнализации, состоящей из:

●       звукового оповещения с помощью пьезодинамика;

●       светового оповещения с помощью светодиодного индикатора.

Помимо звукового оповещения устройство предполагает ликвидацию утечки газа путем предоставления доступа кислорода в помещение. Для вентиляции помещения предлагается использовать окна, открываемые специально разработанной конструкцией, открывающей и закрывающей окно при подаче сигнала.

После проведения успешного проектирования был этап сборки прототипа.

Подключение элементов системы производилось в соответствии со схемой, разработанной в Tinkercad, представленной на рисунке 1. Вместо биполярного транзистора на схеме в прототипе использовалось одноканальное реле, а на месте лампочки находится соленоидный клапан.

Результаты работы/выводы

В ходе проектных и конструкторских работ получено работоспособное устройство, способное проводить мониторинг состояния газового оборудования, а также реагировать на утечки газа в бытовом помещении.

Перспективы использования результатов работы

В дальнейшем планируется модернизация проекта в промышленности, а также интеграция с системой «умный дом» как экосистемой.