Проекты

«Умная» кружка – помощник современного человека

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Наука для жизни» открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Электроника и приборостроение»

Направление работы: Робототехника
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1584
Предметы: Информатика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Наука для жизни» открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» 2021 года

Актуальность

«Умные» вещи в современном мире – это вещи, которые гармонично вписываются в окружающий людей мир и дают какую-либо информацию удобным для восприятия способом. Такие устройства сейчас востребованы, ими очень часто заменяют привычные предметы, например, кружку. Кружка, по мнению многих интернет-аналитиков, считается одним из самых популярных подарков. Они считают, что люди с большим вниманием выбирают этот предмет интерьера кухни для себя. Своя кружка привычна, с ней комфортно, мы в ней уверены. А если эта кружка еще и «умная», то есть, в неё встроена электроника, то она может стать личной помощницей человека.

Цель

Создание «умной» кружки, содержащей информацию о текущем времени, температуре и погоде, на основе 3D-моделирования, Arduino и полимерных материалов.

Задачи

  1. Исследование и анализ предметной области.
  2. Моделирование кружки в программе Autodesk Inventor Professional 2021.
  3. Прототипирование на 3D-принтере.
  4. Моделирование схемы Arduino.
  5. Программирование.
  6. Сборка модели.
  7. Тестирование и отладка модели.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

– Компьютер для поиска, анализа информации и программирования схем

– Компьютер для 3D-моделирования

– Макетная плата Arduino Uno R3

– Резисторы

– Датчик температуры LM35

– LCD 1602 дисплей

– Модуль Wi-Fi ESP8266

– Преобразователь напряжения DC-DC 3.3В на AMS1117

– 3D-принтер модели Anet A8 plus

Описание

Создание любой модели подразумевает под собой поэтапное выполнение нескольких важных шагов. Авторы работы руководствовались следующим планом.

1.   Определение общей формы и размеров изделия. На этом этапе решили, что модель должна быть обыкновенной цилиндрической кружкой, а также определили, сколько места приблизительно необходимо для электронных компонентов.

2.   Проработка функционала и выделение места для электронной части. Так как это кружка, то она будет контактировать с водой, поэтому было принято решение выделить для электронных компонентов нижнюю часть кружки.

3.   Разработка максимально простого соединения компонентов в кружке. Например, дисплей должен вставляться в собственный паз, плата Arduino – прикручиваться для устойчивости и т. д. Нижняя часть кружки будет соединяться с верхней болтами.

4.   Учёт возможности 3D-печати. Некоторые детали 3D-принтер может просто не распечатать при неправильных расчётах.

5.   Доработка дизайна, придание модели эргономичного вида, обтекаемости. Проверка выполнения условий первого пункта.

Все этапы выполнялись в программе Autodesk Inventor Professional 2021.

            Рисунок 1. Смоделированные элементы «умной» кружки

                  Рисунок 2. «Умная» кружка в сборе

Технология 3D-печати представляет собой подготовленный процесс преобразования виртуальной модели в физический объект. Распечатка кружки происходила на принтере модели Anet A8 plus.

В качестве электронной базы выбрана плата Arduino. Большую часть кружки занимают макетная плата, плата Arduino и дисплей, поэтому необходимо отдельно рассчитать под них место в модели. Остальным деталям для размещения достаточно небольшого пространства над макетной платой.

Рисунок 3. Схема Arduino

Создание программного кода осуществлялось на платформе Arduino IDE и LabVIEW. Для грамотной работы с датчиками были использованы библиотеки, находящиеся в открытом доступе в интернете:

•        LiquidCrystal_I2C

•        Wire

•        SoftwareSerial

Результаты работы/выводы

В проекте разработан прототип «умной» кружки, который демонстрирует время, температуру и погоду.

Перспективы использования результатов работы

В дальнейшем планируется доработка дизайна кружки, уменьшение размеров за счёт усовершенствования платы, подбор материалов, из которых будет изготовлен пищевой объект, придание эстетической составляющей.

Мнение автора

«Мы считаем, что, «наполнив» привычную кружку новым функционалом, мы сделаем её помощником современного человека и дома, и в офисе. Такая умная кружка может стать актуальным и хорошим подарком»