XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
«Умная кормушка для птиц» на базе конструктора Lego Mindstorms EV3
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Сегодня существует большое количество областей, в которых применяются роботы. Это промышленная, сервисная, бытовая, медицинская, военная и другие сферы деятельности. Сейчас в мире наблюдается растущая тенденция использования роботов для выполнения задач, которые могут облегчить людям жизнь. Нашей команде стало интересно, какие технические средства могли бы прийти людям на помощь в бытовом плане.
Целью проекта является создание демонстрационной модели умной кормушки для птиц на базе конструктора Lego Mindstorms EV3.
Задачи:
- изучить основную информацию о кормушках, их функциях, местах применения;
- подробно изучить работу умных кормушек;
- создать мобильную модель умной кормушки для птиц на базе конструктора Lego-Mindstorms EV3;
- Разработать программу для умной кормушки для птиц;
- Презентовать проект.
При написании теоретической части работы мы пользовались информационными сайтами. При создании программ мы руководствовались учебными пособиями по образовательной робототехнике [1,2,3].
Глава 1 Основная информация об умных кормушках для птиц
1.1 Назначение. Области применения
Умные кормушки для птиц - это устройства, которые позволяют автоматизировать процесс кормления птиц. Они оснащены датчиками, которые определяют, когда птицы приближаются к кормушке, и активируют механизм подачи корма. Это позволяет экономить время и ресурсы, а также обеспечивает более регулярное и контролируемое кормление птиц. Умные кормушки также могут быть интегрированы с другими устройствами, такими как камеры наблюдения или системы мониторинга погоды, что позволяет получать информацию о поведении птиц и условиях окружающей среды. В целом, умные кормушки для птиц являются эффективным инструментом для сохранения биоразнообразия и поддержания здоровой экосистемы.
Такие кормушки позволяют загружать сразу большое количество корма и не беспокоиться о регулярной подкормке птиц в течение нескольких дней или даже недель. Принцип работы автоматических кормушек очень прост. Корм помещается в емкость, которая постепенно высыпает его в лоток по мере поедания птицами. Такая конструкция исключает порчу и потери корма, обеспечивает пернатых питанием в необходимом объеме [4].
Существует несколько видов умных кормушек для птиц, которые различаются по функциональности и стоимости. Некоторые из них включают в себя:
-Автоматические кормушки
-Программируемые кормушки
-Кормушки с камерой видеонаблюдения
-Кормушки с системой мониторинга погоды
-Умные кормушки с интеграцией в домашнюю систему
Назначение умных кормушек для птиц заключается в автоматизации процесса кормления, экономии времени и ресурсов, обеспечении регулярного и контролируемого кормления, а также в возможности интеграции с другими устройствами.
1.2 Умные кормушки в доме
Умная кормушка может быть полезна в домашнем хозяйстве. Она позволяет автоматизировать процесс кормления птиц, экономить время и ресурсы, а также обеспечивает регулярное и контролируемое питание. Кроме того, умная кормушка может быть интегрирована в домашнюю систему управления, что позволяет управлять процессом кормления из любого места, где есть доступ в интернет.
К плюсам умных кормушек для птиц можно отнести:
-Автоматизацию процесса кормления птиц.
-Экономию времени и ресурсов.
-Регулярное и контролируемое питание птиц.
-Возможность интеграции с другими устройствами и системами.
-Управление процессом кормления из любой точки мира при наличии доступа в интернет.
К минусам умных кормушек можно отнести их стоимость, которая может быть выше, чем у традиционных кормушек. Также некоторые люди могут считать, что использование таких устройств нарушает естественный образ жизни птиц. Кроме того, для правильной работы умных кормушек необходимо наличие электричества и интернета, что не всегда возможно в отдаленных районах.
1.3 Умные кормушки в условиях вне дома
Умные кормушки в условиях вне дома бывают:
Bird Buddy (Рисунок 1.3.1. Приложение).
Это кормушка с фото камерой и микрофоном, которая отправляет вам push-уведомление, когда у вас появляется новый посетитель, и позволяет делать фотографии высокой четкости на расстоянии
Netvue Birdfy Feeder (Рисунок 1.3.2. Приложение).
Она оснащена камерой 1080p с полноцветным ночным видением и может запечатлеть крупным планом любую птицу с 8-кратным увеличением. Эта кормушка оснащена аккумулятором емкостью 5200 мАч, которого хватит на шесть месяцев непрерывного использования, так что вам не придется беспокоиться о частой ее зарядке. Вы можете использовать приложение Birdfy для доступа к озвученной команде “уходи”, чтобы попытаться избавиться от надоедливых белок
SOLIOM BF08 Солнечная умная кормушка для птиц (Рисунок 1.3.3. Приложение).
Если вы живете в месте, где погода непредсказуема, вам понадобится солнечная умная кормушка для птиц SOLIOM BF08, которая выдержит любые непогоды. Это работает в режиме нон-стоп 24/7 благодаря продвинутой системе идентификации птиц на базе искусственного интеллекта, которая распознает более 10 000 видов, чтобы вы могли узнать, какие птицы на самом деле обитают в вашем регионе. Металлическая подставка чрезвычайно прочная, выдерживает вес любой птицы и не шатается во время дождя, ветра или снежной бури.
Умная кормушка для птиц Birdkiss (Рисунок 1.3.4. Приложение).
Благодаря солнечной энергии этой кормушки для птиц вам не придется беспокоиться о постоянной зарядке аккумулятора для поддержания работы этого устройства. Но в те дни, когда идет дождь и требуется небольшая подзарядка, вы можете зарядить аккумулятор с помощью зарядного порта Type C. В Birdkiss есть несколько подставок для фруктов, в которых вы можете угостить своих друзей на заднем дворе яблоками, апельсинами и другими фруктами. Соедините это с выпускным отверстием для семян, которое сокращает количество отходов семян, и ваши птицы будут хорошо питаться
GAGEUR Кормушка для птиц с камерой (Рисунок 1.3.5. Приложение).
Если вы не хотите тратиться на умную кормушку для птиц, эта для вас. В ней есть программное обеспечение для распознавания искусственного интеллекта, и приложение может отправлять вам уведомления в режиме реального времени о посещении птиц, а также возможность отпугивать белок и слушать птичьи крики. Прочная стальная подставка с держателями для фруктов привлечет еще больше птиц на ваш задний двор. Вы даже можете воспользоваться инфракрасным прибором ночного видения, который позволяет видеть птиц даже после захода солнца [5].
Глава 2 Созданиемодели робота на базе конструктора Lego Mindstorms EV3
2.1 Планирование
Мы изучили конструкцию умных кормушек для птиц, узнали для чего они используются и где применяются и запланировали сделать свою автоматизированную конструкцию, у которой будут следующие задачи:
- Движение;
- Движение большого мотора;
- Прочная основа кормушки;
- Простота в использовании.
Перед началом конструирования модели, мы также поставили задачу нарисовать эскиз будущего проекта (Рисунок 2.1.1, Приложение), затем построить модель и написать программу для автоматизации кормушки.
2.2 Конструкция робота и его функционал
Проект создан на базе конструктора Lego Mindstorms EV3. Включает в себя один программируемый модуль EV3 (Рисунок 2.2.1, Приложение), в основе находится один большой мотор, в который вставлены штифты для движения кормушки (Рисунок 2.2.2, Приложение). Мотор установлен на рамках, что гарантирует прочность и устойчивость автоматизированной кормушки, а значит, что она выдержит домашнюю птицу любого веса (Рисунок 2.2.3, Приложение). Сам бокс у кормушки выполнен в ярких цветах, это сделано для того, чтобы птица быстро определяла её в пространстве (Рисунок 2.2.4, Приложение). На верхней части бокса установлен датчик касания, на который птица нажимает клювом, когда подлетает, чтобы поесть (Рисунок 2.2.5, Приложение).
2.3 Программа
Наша программа создана в среде Lego Mindstorms EV3 (Рисунок 2.3.1, Приложение). Структура программы циклическая, имеет одно условие, согласно датчику касания. Алгоритм программы следующий:
-
Ожидание определённого времени, в которое птице нужно есть
-
Воспроизведение звука
-
Обнаружение птицы, задевшей клювом датчик
-
Вращение мотора
-
Ожидание
-
Вращение мотора в обратном направлении
-
Повторение цикла
В нашей программе есть блок Цикл, который можно настроить на любое количество повторов. Он необходим для того, чтобы автокормушка работа постоянно, так как птице нужно питаться каждый день. Сколько раз будет повторяться цикл, столько раз робот будет запускаться программа.
2.4 Презентация проекта
Презентацию проекта (Рисунок 2.4.1, Приложение) мы провели в Школе интеллектуального развития «Мистер Брейни». Нашей кормушке было необходимо воспроизвести звук, после которого подлетает птица, задевает датчик и после этого насыпается корм.
Заключение
В ходе проектной работы мы подробно изучили основную информацию об умных кормушках, их видах, назначениях и устройствах. Мы узнали, что кормушек огромное количество, на сегодняшний день существуют разные автокормушки и автопоилки для животных и птиц.
Мы создали автоматизированную модель умной кормушки для птиц на базе конструкторского набора Lego Mindstorms EV3. Программа позволяет воспроизводить звук и выдавать корм, согласно определённому временному промежутку.
Далее, мы презентовали свой проект в Школе интеллектуального развития «Мистер Брейни», он вызвал большой интерес.
Из этого следует, что проект «Умная кормушка» можно использовать на уроках робототехники, например, для изучения программного кода в среде Lego Mindstorms EV3, также можно использовать на внеурочных занятиях.
Списоклитературыиинтернетисточники
-
Курс «Робототехнический Центр», курс «Соревновательная робототехника», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейни», - Режим доступа - https://mrbrainy.ru/;
-
Овсяницкая, Л.Ю. Курс программирования робота EV3 в среде Lego Mindstorms EV3 / Л.Ю. Овсяницкая, Д.Н. Овсяницкий, А.Д. Овсяницкий. 2-е изд., перераб. и доп – М.: Издательство «Перо», 2016. – 300 с.
-
Йошохито Йocoгава, Книга идей LEGO MINDSTORMS EV3: 181 удивительный механизм и устройство; [пер. с англ. О.В.Обручева]. – Москва, Издательство «Э», 2017. - 232 с.;
4. https://fb.ru/article/582606/2024-avtomaticheskaya-kormushka-dlya-ptits---luchshee-reshenie
5. https://www.digitaltrends.com/home/best-smart-bird-feeders/
Приложение
Рисунок 1.3.1. Bird Buddy Рисунок 1.3.2. Netvue Birdfy Feeder
Рисунок 1.3.3. SOLIOM BF08 Рисунок 1.3.4. Birdkiss
Рисунок 1.3.5. GAGEUR Рисунок 2.1.1 Эскиз проекта
Рисунок 2.2.1. Программируемый модуль EV3 Рисунок 2.2.2. Большой мотор
Рисунок 2.2.3. Рамки Рисунок 2.2.4. Бокс
Рисунок 2.2.5. Датчик касания
Рисунок 2.3.1 Программа
Рисунок 2.4.1 Презентация проекта