Проекты

Бесконтактный термометр в турникетах транспортных предприятий и общественных организаций

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Наука для жизни» открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Информационные технологии. Программирование. Кибернетика»

Направление работы: Микроэлектроника
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1552
Предметы: Физика, Информатика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Наука для жизни» открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» 2021 года

Актуальность

В местах массового скопления людей высока вероятность распространения какой-либо инфекции. К сожалению, люди не всегда ответственно относятся к здоровью окружающих и, несмотря на плохое самочувствие, посещают транспортные и иные предприятия. Устройство сможет снизить риск распространения какой-либо инфекции.

Цель

Создать устройство на базе платы Arduino, которое будет определять температуру человека. Устройством можно будет дополнить турникеты транспортных предприятий и общественных организаций в целях ограничения пребывания на их территории людей, имеющих заболевания.

Задачи

  1. Изучить теоретические основы программирования на языке C++.
  2. Изучить теоретические основы программирования платы Arduino UNO.
  3. Изучить принципы создания электрических схем.
  4. Изучить методы измерения температуры человека при помощи температурного модуля AMP-B002 на основе датчика температуры TMP36.
  5. Разработать устройство, дополняющее пропускную систему турникетов, на   базе Arduino UNO для бесконтактного измерения температуры человека.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Компьютер с ПО
  • Микроконтроллер Arduino
  • Комплектующие: макетная плата, аналоговый термометр (Troyka-модуль) AMP-B002 на основе датчика температуры TMP36, датчик освещённости AMP-B004, ЖК-дисплей, потенциометр, светодиоды, пьезоэлемент, резисторы, соединительные провода

Описание

Сначала автор работы определил два возможных варианта решения проблемы: первый вариант заключается в том, что устройство, измеряющее температуру, располагается в турникете под NFC-меткой. Таким образом, при прикладывании человеком проездного билета, транспортной карты или какого-либо пропуска к NFC-метке, запястье будет касаться датчика, определяющего температуру.

Второй вариант решения проблемы, рассмотренный автором, предусматривает расположение устройства в любом удобном месте на турникете. Но в этом случае процедура считывания пропуска и определения температуры разделяется на два этапа, что значительно замедляет работу пропускной системы, становясь возможной причиной появления очередей в условиях высокой посещаемости предприятия, поэтому автор выбрал первый вариант решения проблемы.

После выбора решения проблемы автор начал работу над созданием устройства, которую можно разделить на 4 этапа: сборка электрической схемы, написание программного кода, настройка работы устройства, создание корпуса устройства.

1 этап – сборка электрической схемы. Сначала собрана виртуальная схема в онлайн-симуляторе Tinkercad как эскиз проекта, а затем в настоящем, материальном виде. 

2 этап – написание программного кода. Этап заключается в написании программного кода, способного обеспечить корректную работу устройства. Для того чтобы устройство могло определять температуру человека и осуществлять её оценку, сравнивая полученные значения со значениями нормы, в программном коде, написанном на языке программирования С++, автор указал, с какими значениями нужно сравнивать полученную температуру, и как устройство должно получить показания с датчика температуры. В перспективе развития проекта предполагается использование бесконтактного датчика, однако на данном этапе развития проекта для демонстрации принципа работы устройства решено использовать модуль «AMP-B002» на основе контактного датчика температуры «TMP36», позволяющего легко преобразовать выходной уровень напряжения в показания температуры в градусах Цельсия. Каждые 10 мВ выходного напряжения соответствуют 1 °С. Формула для преобразования выходного напряжения (в мВ) в температуру (в °С) выглядит так:

Т=(Uвых-500)/10. В качестве диапазона нормы температуры тела человека взята экспериментально определённая температура в области запястья: от 27 °C до 30 °C.

Сначала написание кода проводилось в онлайн-симуляторе Tinkercad как эскиз проекта, а затем в программном обеспечении Arduino IDE 1.0.5.       

3 этап – настройка работы устройства. С опорой на собранный эскиз в     онлайн-симуляторе Tinkercad осуществлено удаление неполадок, ошибок и скорректирована работа устройства.

4 этап – создание корпуса устройства. Для создания корпуса устройства нужен доступный и лёгкий материал. Именно таким оказался пивной картон, который не только является доступным и лёгким, но и имеет немаловажное свойство – гигроскопичность. Такой вид картона бывает различных толщин и плотностей, поэтому отлично подходит для создания корпуса устройства.

В итоге имеется устройство, работающее следующим образом: если температура тела, считываемая датчиком, ниже или выше нормы, то загорается жёлтый светодиод, визуализирующий запрет прохода на территорию организации. Если температура в норме, то на экране появляется надпись: «Спасибо!», загорается зелёный светодиод, символизируя разрешение на допуск через турникеты. В случае если температура, считываемая датчиком, ниже 27 °С, на экране появляется просьба повторить попытку, слышен звуковой сигнал. В случае если вблизи устройства нет руки, что определяется при помощи датчика освещения, то на экран выводится приветственное сообщение. Если в течение длительного промежутка времени температура тела человека не меняется, то автором предусматривается, что в этом случае вопрос о допуске решается в личном порядке.

Результаты работы/выводы

Результатом проекта является собранное устройство на базе платы Arduino UNO, реагирующее на температуру человека, выходящую за рамки нормы.

Разработана и собрана цепь устройства на базе платы Arduino UNO, измеряющего температуру человека и реагирующего на температуру, выходящую за рамки нормы температуры тела человека, а также создан корпус устройства. Были изучены начальные теоретические основы программирования платы Arduino UNO на языке программирования С++, принципы работы датчиков температуры TMP36 и модуля на его основе.

Перспективы использования результатов работы

Устройствами такого типа можно дополнить пропускную систему турникетов различных транспортных предприятий и общественных организаций.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Детский технопарк «Альтаир» РТУ МИРЭА

Награды/достижения

Московский городской конкурс исследовательских и проектных работ обучающихся – победитель.

Мнение автора

«Тема довольно актуальна в наши дни, особенно в свете последних событий, связанных с ростом заболеваемости от вирусной инфекции «COVID-19». Проведённая работа вдохновит кого-нибудь на внедрение подобной или более совершенной системы безопасности по борьбе с распространением инфекции в своих учреждениях.

Проект «Академический класс в московской школе» позволяет открыть ученикам московских школ новые возможности развития своих талантов и способностей.

Конференция «Наука для жизни» – это лучшее место, где учащиеся школ могут проявить свои способности в осуществлении исследовательской и проектной деятельности»