XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Система безопасности
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Играя в современные компьютерные игры с красочными открытыми мирами и смотря фантастические или исторические сериалы, мы сталкиваемся с огромными сторожевыми башнями – последними оплотами на пути темных сил или войск противника. Сторожевые башни действительно были созданы, чтобы нести дозор, поэтому с них можно смотреть вдаль на большие расстояния.
Мне стало интересно, можно ли создать с помощью робототехнического набора охранную систему со сторожевой башней. Это и стало целью моего проекта.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
-
изучить и проанализировать источники информации о сторожевых башнях и охранных системах прошлого;
-
изучить основные принципы построения систем безопасности;
-
создать модель охранной системы и запрограммировать ее.
В данной работе использованы следующие методы:
-
Наблюдение и изучение.
-
Анализ и обобщение.
-
Моделирование.
-
1 Теоретическая часть
Прежде чем собрать и запрограммировать собственную систему безопасности, я решил совершить путешествие в прошлое через страны и века, чтобы наверняка учесть всё необходимое, потому что любой проект начинается с исследования имеющихся решений.
1.1 История сторожевых башен
С торожевые башни появились практически одновременно с первыми организованными армиями и городами. Первые из них были не совсем башнями, а высокими постройками, размещенными на холме или в стене укреплений поселения. Чаще всего дозорные следили за приближением вражеских войск, однако в мирное время дозорные могли также наблюдать за правопорядком на дороге (тракте), ведущей к городу, и помогать стражникам на воротах. Иногда приходилось следить и за морем, причем сторожевые башни в этом случае совмещали функции маяка. В греческих городах (полисах) на сторожевых башнях начали использовать огонь, и затем систему зеркал, чтобы передавать на дальние расстояния через цепь дозорных пунктов информацию. Это получалось намного быстрее, чем отправлять гонца, которого могли перехватить или убить по дороге.
Зеркала иногда применялись необычным способом. Известный античный математик Архимед при осаде его родного города Сиракуз в 213 году до нашей эры использовал сторожевую башню в оборонительных целях. Как впоследствии утверждал писатель Лукиан, основываясь на устных источниках, Архимед установил на башню шестиугольное зеркало, которое выполняло роль линзы, собравшей в одной точке солнечный свет наподобие самого настоящего лазера, с помощью которого и были подожжены римские корабли.
Знаменитый французский Лувр изначально был крепостью со сторожевой башней, однако сейчас башня практически разрушена: ее остатки находятся на нижнем этаже музея в виде экспозиции.
В Европе в качестве сторожевых башен обычно выступали донжоны (от франц. donjon – господская башня) – главные башни феодальных замков, находящиеся внутри крепостных стен (в отличие от более старых крепостных дозорных башен или башен, вынесенных за границы фортов). На территории «варварской Европы» (Франция, Германия и т.д.) большинство старых сторожевых башен построено римлянами, как и, кстати, многие дороги и акведуки (мостовое сооружение с каналами (или трубопроводом) для подачи воды через овраг, реку).
Самые интересные из европейских башен принадлежат испанским замкам и построены в XIII-XVI веках в период господства османов на полуострове. Это отдельные башни, расположенные вдоль стен и соединенные мостами. Они носят гордое название «Торре Альбаррана» (Torre Albarrana). Затем христианские ордены переняли манеру создания подобных сооружений.
Теперь перенесемся на территорию современной Российской Федерации, а точнее в Итум-Калинский район Чечни. В XI-XII веках здесь, на правом берегу прекрасной горной реки Чанты-Аргун недалеко от Ушкалы были возведены две башни-близнецы, поражающие своим внешним видом проезжающих путников до сих пор. У этих башен всего по три стены и нет крыш. Ушкалойские сторожевые башни встроены в скалистую гору Селин-Лам, и, кажется, что их создал не человек, а сама природа. Однако такого рода дозорные башни можно часто встретить в этом районе, иногда даже всего с одной рукотворной стеной.
С появлением воздушного оружия сторожевым башням прибавилось работы. Теперь нужно было следить сразу за тремя направлениями. У дозоных сооружений стала сильнее различаться специализация. Начали появляться первые башни противовоздушной обороны (ПВО) и отдельно системы охраны периметра от наземных противников.
1.2 Сонары
Сегодня средства ПВО более совершенны технологически. Часто современные системы охраны периметра и ПВО имеют интеллектуальные системы дозора, позволяющие производить проверку в автоматическом режиме. Для этого используются различные технологии. Одной из них является применение сонаров.
Сонар – это сокращение от словосочетания «Sonar Navigation and Ranging» - звуковая навигация и определение дальности.
Новейшие башни и системы занимаются даже противокосмической обороной. Их современнейшее оборудование позволяет производить мониторинг сразу по десяткам, а то и сотням параметров, с минимальной погрешностью позволяя обнаружить врага за сотни километров от охраняемого объекта.
2 Практическая часть
2.1 Основные требования к модели
После изучения и анализа источников информации я приступил к продумыванию конструкции системы безопасности. Она должна в себя включать: поворотный механизм, обеспечивающий вращение сонара; ворота с подъемным механизмом; установку ветряной электростанции для автономной работы охраняемого объекта.
2.2 Состав модели
Создание рабочей модели робота было реализовано с помощью платформы LEGO EV3.
В состав системы безопасности входят:
- программируемый модуль EV3;
- 2 больших сервомотора для вращения сонаров;
-средний сервомотор для подъема и опускания ворот;
- 2 ультразвуковых датчика для сонаров;
- 2 датчика касания для ввода пароля и открытия ворот;
- аккумулятор энергии;
- E-мотор для передачи энергии ветра в аккумулятор энергии.
2.3 Сборка
Каждый из двух радаров просматривают территорию вокруг охраняемого объекта в двух направлениях. Таким образом весь периметр оказывается под охраной. В случае приближения любого объекта радары начинают быстрее вращаться и звучит сирена.
Конструкция ворот включает в себя подъемный механизм на основе блоков. Два датчика касания выполняют роль кнопок, с помощью которых можно ввести пароль и войти на охраняемую территорию. При неверном нажатии кнопок звучит сигнал опасности и происходит сброс ввода пароля. Если кнопки нажаты в правильной последовательности, то происходит подтверждающий звуковой сигнал.
Также рядом с охраняемым объектом расположена ветряная установка для получения электроэнергии из ветра, чтобы система безопасности и освещение на территории охраняемого объекта работали автономно.
2.3 Программирование
Для того чтобы система безопасности заработала я написал программу в среде блочного программирования Lego Mindstorms EV3. Для отслеживания врага была создана переменная vrag, от которой зависят действия радаров. Если vrag=0, то радары работают в обычном режиме. Если vrag=1, то раздается сирена и радары вращаются быстрее.
Также с помощью переменной kod отслеживается правильность ввода пароля для открытия ворот.
Фрагмент программы для ввода пароля:
Программа для работы радаров:
Заключение
Охранная система выполняет все свои функции, соответствует требованиям и обеспечивает безопасность охраняемого объекта. Никто не сможет пробраться на его территорию незамеченным. Цель своей работы считаю достигнутой.
Список использованных источников и литературы
-
Википедия http://ru.wikipedia.org
-
Valk, Laurens «The Lego Mindstorms discovery book: a beginner’s guide to building and programming robots», 298 с., 2010 г.
-
С.А. Филиппов «Робототехника для детей и родителей», С-Пб «Наука», 2011г.
-
М.С. Федонов, Р.Р. Шарафиев «Проектирование и применение робототехнических средств при проведении аварийно-спасательных работ при ликвидации чрезвычайных ситуаций» http://www.lib.tpu.ru/fulltext/c/2014/C52/110.pdf
-
Д.Г. Копосов «Первый шаг в робототехнику», М.: БИНОМ, Лаборатория знаний, 2012 г.