XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Система датчиков безопасности в помещении
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введения
На настоящий момент, люди больше времени находятся на работе и предпочитают в свободное время быть вне стен своей квартиры. Дома, в которых мы живем, в основном построены в прошлом веке. В них высок износ электросети, подачи тепла и газа, водоснабжения. Строящиеся дома, тоже не отличаются безопасностью. В результате возникают аварии водопровода, электрических сетей, пожары, разрушение ветхих конструкций. Отсюда на настоящий момент, устраняют только последствия аварий, а не занимаются их прогнозированием.
Проблема: из – за неисправной проводки возникают пожары, из – за утечки газа взрываются газовые системы. Безопасность жилья на настоящий момент можно обеспечить системой «умный дом», но стоимость установленных комплектов высока, и остается нереализованной в масштабе страны.
Холдинг «Швабе» Россия, разрабатывает системы «Умный дом», «Умный квартал», «Умный город», планируется комплексное внедрение систем к 2030 году.
Установка датчиков безопасности в доме начинается от 4 – 5 тысяч рублей. Но если внедрять полный комплект «умного дома», то его стоимость высока, а безопасность, важнее комфорта, поэтому сборка своей системы безопасности актуальна.
Систему датчиков можно будет использовать в жилом помещении, проследить за его работой, испытать работу прибора в экстремальных ситуациях, следовательно, можно снизить его себестоимость и появится альтернатива системы безопасности. Использование модели повысит безопасность человека, уменьшит число аварий. Новизна нашей системы в мобильности, возможности менять систему датчиков в зависимости от поставленных задач.
Объект проекта: устройство системы датчиков.
Предмет проекта: работа устройства, системы датчиков в определенных условиях
Гипотеза: возможно, создать систему датчиков обеспечивающих безопасность системы «дом – помещение», комплектацию которых можно менять в зависимости от условий.
Основные методы создания – изучение работы, моделирование, конструирование модели. Создание модели системы безопасности.
Потенциальные потребители проекта - собственники многоквартирных и частных домов, управляющие компании ЖКХ.
Цель: Разработать, собрать систему датчиков, которые будут фиксировать наличие газа, определять температуру помещения. При увеличении показателей выше допустимого уровня, сообщать об этом в виде звука, света, передачи данных в систему.
Задачи:
1. Изучить модели датчиков, которые можно использовать в системе «умный дом», «умный город».
2. Оценить эффективность совместного использования датчиков температуры, газа.
3. Разработать модель системы датчиков, фиксирующих параметры в помещении, и сигнализирующие о превышении показателей. Провести анализ работы устройства.
4. Создать модель, макет действующей системы, обеспечивающий безопасность человека. Провести апробацию модели.
При работе над проектом мы использовали литературу по программированию на платформе Arduino, информацию о предотвращении пожаров. В интернет источниках, есть проекты разного уровня об охранных сигнализациях и системах оповещения пожаров, при их изучении, мы определились с особенностями нашей конструкцией и ее функциональности.
Систему датчиков можно использовать в жилом помещении, проследить за его работой, испытать работу прибора в экстремальных ситуациях, следовательно, можно снизить его себестоимость и появится альтернатива системы безопасности. Использование модели повысит безопасность человека, уменьшит число аварий.
Новизна нашей системы в мобильности, возможности менять систему датчиков от поставленных задач. Система сигнализирует о наличие газа в помещении, выводит на экран сообщение об обнаружении утечки, оповещает владельца световым и звуковым сигналом. Система показывает наличие газа, температуру, выводит на экран.
Основная часть
Обустройство жилища, его уют и красота могут потерять смысл без создания надежной противопожарной безопасности. Безусловно, дать стопроцентную гарантию защиты от пожара или другой непредвиденной чрезвычайной ситуации не может никто. Но свести риски к минимуму и позаботиться о предотвращении аварий – вполне реально.
Современные интеллектуальные системы, предоставляют как готовые, так и индивидуальные решения противопожарной автоматики, способны защитить от замыкания электропроводки, утечка газа.
Истинный комфорт дома, помещения, заключается не в автоматике дверного замка и освещения, а в высокой степени защиты от пожара, задымления, утечки газа. Всем нам важно быть уверенными в безопасности наших близких, сохранности имущества, исправности коммуникационных систем.
Автоматизированные информационные системы противопожарной безопасности
Автоматизированные информационные системы противопожарной безопасности представляют собой объединение современных технических средств (датчиков, пультов, переключателей) и программного модуля (контролера), управляющего работой всего оборудования одновременно.
На сегодняшний день разработкой систем противопожарной безопасности занимаются известные производители автоматики – GIRA, LEGRAND и многие другие. Стоимость системы датчиков от 20. 000 рублей.
Собственная разработка
Arduino – платформа для разработки электронных устройств. Она выполнена по принципу конструктора с правилами взаимодействия между элементами. [1], [2]
1). План работы, с описанием ключевых этапов и промежуточных результатов, отражающий реальный ход работ.
Выбрать комплект датчиков для создания системы.
Оценить эффективность модели в том, что будут работать датчики в модели.
Собрать модель системы датчиков, отвечающих за безопасность.
Выбран комплект датчиков, который будет отвечать за безопасность. Оценена эффективность модели. Подсчитана стоимость оборудования.
Собрана модель системы датчиков, отвечающих за безопасность.
2). Описание использованных ресурсов
Оборудование для сборки системы: контроллер Arduino UNO, плата для прототипирования, пьезопищалка, LCD-экран WH1602, светодиод, кнопка, провода папа-папа, мама – мама.
Датчики: датчик температуры LM335, датчик газа MQ-2.
3) Способы привлечения ресурсов в проект. Датчики, оборудование, предоставлено школьной лабораторией.
Собрали системы датчиков, изучили их работу. Для установки датчиков мы рекомендуем использовать макетные платы, их установка проста и дает возможность быстро установить или удалить систему датчика из платы.
Датчик газа MQ-2
Датчик газа, используют для обнаружения утечек газа и задымления (пропан, метан, бутан, дым, водород). [3]
В газоанализатор встроенный нагревательный элемент, который необходим для химической реакции, во время работы сенсор будет горячим. (Фото 1, приложения)
Датчик температуры
Датчик температуры LM335– это температурный чувствительный элемент с диапазоном от –40 °C до +100 °C и точностью в 1 °C. При повышении температуры на один градус Кельвина напряжение стабилизации увеличивается на 10 милливольт. [4]
Когда подают питания в устройство, оно находится в спящем режиме. (Фото 2, приложение).
Нажатие кнопки переводит устройство в рабочий режим. Датчик измеряет температуру помещения и выводит показатель на экран, сообщает, нормальная температура или идет повышение, понижение. Лампочка светодиода горит зеленым светом, сообщает, что показатели температуры в норме, и нет утечки газа. (Фото 3, приложение). Если датчик зафиксирует наличие газа в атмосфере, то загорается красный светодиод, система издает звук, наличие газа выводится на экран ЖКИ. При ремонтных работах, чтобы звук не мешал, его можно отключить, но красный светодиод будет гореть. (Фото 4, приложение)
«Система датчиков безопасности в помещении».(Фото 5, приложения). Программа работы (Фото 6, приложения)
Экономическая значимость проекта
Для того чтобы узнать было ли целесообразно создавать данное устройство нам требуется оценить экономическую значимость проекта. Оборудование покупалось на платформе Aliexpress.
|
Название |
Стоимость рублей за 1шт |
Количество штук |
Стоимость рублей |
|
Arduino UNO |
200 |
1 |
200 |
|
Макетная плата |
70 |
1 |
70 |
|
Соединительный провод (джампер) |
1 |
20 |
20 |
|
LCD-экран WH1602 |
366 |
1 |
366 |
|
Резисторы 220 Ом |
1 |
3 |
3 |
|
Датчик температуры LM335 |
110 |
1 |
110 |
|
Датчик газа MQ-2 |
110 |
1 |
110 |
|
Светодиод |
1 |
1 |
1 |
|
Кнопка |
5 |
1 |
5 |
|
Итог: |
885 |
Так как стоимость подобной системы начинается от 4000 рублей с минимальным набором датчиков, то проект выгоден.
Заключение
Мы собрали систему датчиков, отвечающих за безопасность, исследовали их работу, написали программу работы устройства.
Система сигнализирует о наличие газа в помещении, выводит на экран сообщение об обнаружении утечки, оповещает владельца световым и звуковым сигналом. Система показывает наличие газа, температуру, выводит на экран.
Реализуя проект «Система датчиков безопасности в помещении», нужно обратить внимание:
Пользователь. Система простая, поэтому ей могут управлять обычные люди.
Технологии. Беспроводная, проводная или комбинированная система.
Исполнитель. Организацией и поддержкой системы будет заниматься сам человек.
Автономность. Система работает автономно.
Ядро, управляющее системой. Устройство будет подавать команды, принимать сигналы и анализировать полученные данные.
Размещение ядра комплекса. Оно должно находиться в проветриваемом помещении (например, кладовка или шкаф).
Расходы. Сюда относятся как финансовые, так и энергетические затраты. Стоимость оборудования - 855 рублей.
Разработку можно будет использовать в помещениях, для безопасности, в доме, зданиях инфраструктуры, совершенствовать модель.
Проведение монтажных работ предполагает наличие специальных датчиков и кранов, которые способны детектировать проблемные ситуации. Хозяин может использовать систему удаленного информирования по ситуации в доме, на объекте или в квартире. Управление можно производить с помощью телефона. [5]
Для сборки системы безопасности можно приобрести готовый набор, в котором будет все необходимое, но стоимость его 4 -5 тысяч рублей. В систему нельзя будет внести изменения. Собрав установку, мы экономим деньги, выбираем нужные нам датчики, но возникает сложность в синхронизации и объединении работы датчиков. Проведя исследование по сборке устройств, можно сказать, что каждым устройством нужно управлять отдельно.
Данный проект призван обеспечить безопасность в помещении и предотвратить аварийную ситуацию. Предотвращение возгораний или затоплений в квартирах благодаря установленным в жилых помещениях датчикам.
Проект «Система датчиков безопасности в помещении» включает в себя систему датчиков, а именно датчик температуры, датчик газа. Использование системы датчиков станет не ликвидация последствий, а прогнозирование и предотвращение неблагоприятных и чрезвычайных ситуаций.
Список использованных источников и литературы
1. Arduino и Raspberry Pi впроектах Internet of Things. Петин В. А. Москва, 2018.- 220с.
2.Изучаем Arduino. 65 проектов своими руками. Бокселл Дж. — СПб.: Питер, 2017. — 400 с.: ил. — (Серия «Вы и ваш ребенок»).
3.Основы программирования микроконтроллеров Бачинин А. , Панктаров В. ООО Амперка, 2013. – 200с.
4.Практическая энциклопедия Arduino. Петин В. А., Бинякоский А. А. Москва, 2020.- 166с.
5.Пожарная безопасность [Электронный ресурс]. Режим доступа:
https://gadgetpage.ru/instrukcii/3364-pozharnaja-signalizacija-na-arduino.html- дата обращения: 23.09.2020
Приложение
Фото 1. Датчик газа MQ-2
Фото 2. Система «Спящий режим»
Фото 3. Измерение температуры.
Фото 4. Наличие газа
Фото 5. «Система датчиков безопасности в помещении»
Фото 6. Скриншот. Программа.