Создание и программирования пульта дистанционного управления

XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Создание и программирования пульта дистанционного управления

Амяшкин Д.А. 1
1МБОУ СОШ №16 г. Кузнецка
Загуменнова Н.М. 1
1МБОУ СОШ №16 г. Кузнецка
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

В преддверии различных праздников, особенно новогодних, многие граждане активно приобретают пиротехнические изделия. Безусловно, такие изделия способны подарить массу незабываемых впечатлений и эмоций, но только в том случае, если они приобретены в специализированном магазине, а при их применении соблюдены требования безопасности. Но в погоне за спецэффектами многие забывают, что у них в руках весьма опасная вещь. Основу фейерверочных изделий составляют пиротехнические составы – смеси горючих веществ и окислителей. Эти составы должны легко воспламеняться и ярко гореть. Поэтому фейерверки являются источниками потенциальной опасности и требуют повышенного внимания при обращении с ними. Если ещё учесть, что на большинстве запусков присутствуют дети, то процесс создания праздничного настроения превращается в «бомбу замедленного действия».

Поэтому я решил изготовить и запрограммировать устройство для запуска пиротехнических изделий, которое сможет не только «управлять» запуском фейерверков, но и поможет разместить детей на безопасном расстоянии от места запуска.

В процессе разработки пульта были рассмотрены общие вопросы создания устройств на микроконтроллерах. На основании изученной литературы и сети Интернет получены теоретические знания в области проектирования устройств на микроконтроллерах, приобретены теоретические знания работы систем дистанционного управления. Изучил дополнительную литературу по программированию на языке С++.

Цель работы – создать и запрограммировать пульт для управления пиротехникой на большом расстоянии.

Задачи работы:

  • выявить влияние пиротехнических средств на здоровье человека;

  • определить схему расположения комплектующих;

  • обеспечить безопасность изделия и надежность в эксплуатации;

  • изучить технологии программирования на языке C++

  • запрограммировать пульт.

Гипотеза – можно самому создать дистанционный пульт управления пиротехническими изделиями большого радиуса действия.

Объект исследования – управление пиротехникой.

Предмет исследования – безопасный запуск пиротехники с расстояния 1-2 км с помощью пульта управления.

Актуальность работы обусловлена возможностью безопасного запуска пиротехнических изделий. Тема дистанционного управления пиротехникой достаточно актуальна, ведь почти каждый ребенок с раннего детства знаком с компьютером и телефоном. Пиротехнические шоу – незабываемое зрелище, которое способно сделать любой праздник по-настоящему ярким и запоминающимся. Сегодня многие люди организовывают такое шоу в честь своего дня рождения, свадьбы или другого праздника. Однако часто возникает вопрос о том, как управлять пиротехническими эффектами безопасно и эффективно. Именно для таких случаев существует пиротехнический пульт управления.

В работе я использовал следующие методы работы: анализ литературы, сравнение, анализ полученной информации, практический.

1. Безопасное управление запуском пиротехнических изделий

1.1 Опасность фейерверков

Использование фейерверков приводит к образованию высокотоксичных газов, содержащих в себе загрязняющие вещества, которые отравляют воздух, воду и почву, делая их токсичными для птиц, зверей и человека.

По сути, фейерверк – это небольшая пиротехническая ракета, которая взрывается очень специфическим образом, создавая громкие взрывы и вспышки яркого света. Но все эти ярко окрашенные взрывы и есть проблема.

Цвета фейерверков – это результат того, что химия и физика стали видимыми. Цвета фейерверков зависят от солей тяжелых металлов и химических взрывчатых веществ (это химия), которые создают цвета при нагревании до нужных температур (это физика).

Различные соединения металлов дают разные цвета. Например, соли лития (Li) дают розовый цвет, соли натрия (Na) – желтый или оранжевый, соли меди (Cu) и бария (Ba) – зеленый или синий, а соли кальция (Ca) или стронция (Sr) – красный.

Во время взрыва эти соли металлов не сгорают и не исчезают бесследно. И многие из них в конечном итоге превращаются в токсичные аэрозоли, которые загрязняют воздух, воду и почву. При попадании в организм эти металлы могут вызывать разнообразные краткосрочные и долгосрочные реакции, начиная от рвоты, диареи или приступов астмы, до заболеваний почек, кардиотоксических эффектов и различных видов рака.

Фейерверки создают токсичный туман из мелких частиц ядовитых аэрозолей и тяжелых металлов.

Наиболее очевидным результатом фейерверка является загрязнение воздуха.

Салюты взрываются на высоте 10-100 м – такое расстояние с точки зрения светового воздействия безопасно. Однако при взлете и взрыве пиротехники происходит отделение элементов взрывающегося изделия, которые разлетаются на 3-100 м. В связи с этим эксперт рекомендует тщательно изучать инструкцию, где указано безопасное расстояние запуска.

Так, допустимое расстояние будет зависеть от категории опасности пиротехнических изделий – для салютов применяют изделия 3-5 классов. На взрывы изделий, которые относятся к третьему классу, смотреть следует с расстояния не менее 20 м. Если речь идет о «большом» салюте, безопасно смотреть его с расстояния не менее чем 100 м со специально оборудованных площадок.

Фейерверки довольно быстро воспламеняются и достигают температуры горения практически до 1 тыс. градусов. Взрыв разноцветных огней в небе – завораживающее зрелище, а вот взрыв на земле при неправильном запуске или неисправном, плохого качества изделии способен шокировать и травмировать окружающих.

При использовании фейерверков также следует обратить внимание на то, что такие изделия выделяют вещества, которые могут вызвать поражение дыхательных путей. По словам специалиста, после взрывов фейерверков в воздухе повышается примерно в два-три раза концентрация взвешенных твердых частиц.

В России только в новогодние праздники 2024 года из-за пиротехники возникло 17 пожаров, а из-за неправильного использования салютов пострадали семь человек.

1.2 Использование пульта управления

После изобретения салютов главным вопросом стала возможность их безопасного запуска на расстоянии. Было опробовано множество способов, к примеру, пороховые дорожки или пропитанные маслом веревки, но все они не приносили должного результата, поскольку гасли при малейшем намокании или дуновении ветра. Потом производители придумали иную методику – использовать в качестве фитиля специальный горящий шнур, состоящий из бумаги, свернутой в трубку и наполненной порохом. Таким шнуром пиротехнические изделия оснащаются и до сих пор, правда фитиль, иными словами замедлитель, значительно эволюционировал и сейчас представляет собой несколько прочно сплетенных между собой нитей.

Увидеть такой фитиль можно, к примеру, в таких изделиях как римские свечи, он расположен по длине всей трубки и контактирует с каждым зарядом, находящимся внутри. То есть при поджоге шнура пламя движется вниз, затрагивая каждый заряд, при этом между выстрелами задержка будет одинаковой. Диаметр шнура около 2-3 мм, в самой сердцевине находится порох, поверх которого намотаны два слоя из ниток, а последний слой представляет собой нитроцеллюлозный лак, содержащий незначительное количество нитратов и защищающий фитиль от негативного воздействия факторов окружающей среды, в частности, воды и ветра.

Примечательно, что сгорает такой фитиль с видимым пламенем и может гореть даже при воздействии влаги. Выпускается шнур в двух вариациях – с высокой скоростью горения и высоким уровнем водонепроницаемости (для максимальной быстроты залпа они применялись в качестве фитилей для пушек), а также применяемые исключительно для пиротехнических изделий (такие фитили не только быстро воспламенялись, но и создавали в процессе горения визуальные эффекты и получили название «Летающая рыба»).

В профессиональных пиротехнических изделиях фитиль практически не используется, здесь применяется целая система запуска, включающая электрические воспламенители и пульты дистанционного управления.

Если вы планируете создать настоящее пиротехническое шоу, то без использования специальных пультов поджига не обойтись. С их помощью можно не только обеспечить максимальную безопасность в процессе использования, но и запускать несколько салютов одновременно.

Одним из самых доступных по цене устройств для запуска фейерверков на удаленном расстоянии является аналоговый пульт. Отличительная особенность подобного пульта заключается в том, что в нем используется особый контактный щуп для замыкания электрической цепи. Большинство аналоговых пультов для поджига походят друг на друга.

Наиболее популярными и востребованными пультами на рынке является пусковые варианты, которые могут работать с десятками каналов одновременно. Без подобных устройств не обойтись на концертах и крупных мероприятиях, где нужно запускать фейерверки с различных позиций. С таким устройством сможет справиться любой человек, который когда-то работал с электрическими системами.

Для профессиональных пиротехников можно найти и более сложные варианты пультов. К примеру модели, которые работают на радиомодулях. Отличительная особенность таких пультов заключается в том, что в них присутствуют встроенные защитные механизмы от сторонних сигналов. Комфортность применения такого оборудования также не вызывает сомнения, ведь можно проводить поджиг фейерверков на большом расстоянии, при этом не использовать кабели и провода.

Следует отметить, что действие почти всех реализуемых на рынке пультов для поджига салютов одинаковое. Напряжение подается на контакты фейерверка, что приводит к воспламенению и поджигу фейерверка.

Использование современных пусковых систем дает возможность запускать несколько фейерверков не только одновременно, но и поочередно, благодаря чему удается создавать интересные пиротехнические композиции. К примеру, можно запустить вначале несколько наземных вариантов, после чего зажечь высотный фейерверк. Сделать это вручную не получится, так как находиться слишком близко к пиротехнике во время взрыва нельзя, ведь это может нанести вред здоровью человека.

Самыми инновационными считаются музыкальные компьютерные пульты, которые дают возможность не только удаленно запускать фейерверк, но и при помощи современного ПО проводить моделирование и управлять салютом. Разумеется, подобное оборудование очень дорого и используется обычно в киноиндустрии.

Современные пульты для поджига салютов смогли доказать свою эффективность, надежность и удобство в процессе проведения фейерверков.

Таким образом, использование дистанционных пультов поджига позволяет создавать уникальные пиротехнические композиции, которые запомнятся на долгие годы. Кроме того, данная продукция призвана обеспечить максимальный уровень безопасности и дает возможность запускать несколько фейерверков одновременно. Если вы хотите создать настоящее шоу из фейерверков, тогда без пультов поджига не обойтись.

2. создание и Программирование пульта управления

2.1 Принцип действия и основные компоненты пульта управления

Пиротехнический пульт – это специальное устройство, которое используется для управления фейерверками и пиротехническими эффектами.В пиротехническом пульте есть несколько основных компонентов. Во-первых, это батарея или источник питания. Без энергии пульт не сможет работать. Во-вторых, это передатчик и приемник. Передатчик отправляет сигналы от пульта к фейерверкам, а приемник принимает эти сигналы и обрабатывает их.

Как же происходит передача сигналов? Все просто. В пиротехническом пульте есть различные кнопки и рычаги, каждый из которых отвечает за определенный эффект или фейерверк. При нажатии на кнопку, пульт отправляет радиосигнал, содержащий код, соответствующий выбранному эффекту, к фейерверку.

Но как фейерверк понимает, что делать с этим сигналом? Здесь в игру вступает программное обеспечение фейерверка. Программное обеспечение состоит из специального микроконтроллера, который принимает радиосигнал и преобразует его в команду для зажигания взрывчатых веществ. Это похоже на сигнал светофора для водителя – зеленый свет означает «идти», красный – «остановиться».

Радиус действия пиротехнического пульта обычно составляет несколько сотен метров. Это позволяет пиротехнику находиться на безопасном расстоянии от фейерверков и управлять ими с комфортом. Однако стоит помнить, что пульты имеют ограниченный радиус действия, поэтому необходимо следить за расстоянием между пультом и фейерверками, чтобы избежать сбоев в работе.

Кстати, пиротехнические пульты используются не только для управления фейерверками. Они также применяются в спортивных состязаниях, концертах и других развлекательных мероприятиях, где необходимо синхронизировать различные пиротехнические эффекты.

Для создания пульта управления мною были проделаны следующие шаги:

Шаг 1: Подготовка материалов и инструментов. Для создания пиро-пульта мне потребуются следующие материалы и инструменты:

  • Два микроконтроллера Arduino nano;

  • Радиомодуль (NRF44L01);

  • Аккумулятор 18650

  • Провода;

  • Реле 5V;

  • Распределительная коробка в качестве корпуса;

  • Коробочка из под тик-так;

  • Аккумулятор 9V;

  • Аккумулятор 3,7V;

  • Тактовая кнопка;

  • Паяльник и паяльные принадлежности;

  • Отвертка;

  • Электрозапал;

Шаг 2: Навесной монтаж. Соединяем все необходимые компоненты навесным монтажом.

Шаг 3: Подготовка корпуса. В качестве корпуса можно использовать распределительную коробку.

Шаг 4: Создание отверстий. Паяльником проделываем отверстия для выхода антенн.

Шаг 6: Сборка. Собираем все компоненты внутри корпуса и закрепляем их. Схемы передатчика и приемника приведены в приложении А.

Шаг 7: Тестирование. Подключим к передатчику электрозапал, а его, в свою очередь, к пиротехническому изделий. Проверяем работоспособность пульта пиротехники, нажимая на кнопку, отойдя при этом на безопасное расстояние и наблюдая за действием пиротехнических устройств.

Мой собственный пульт пиротехники готов!

2.2 Программирование пульта

После сборки пульта настало время программировать его функциональность. Для этого нам понадобится компьютер с установленной Arduino IDE. Arduino – это платформа микроконтроллеров, завоевавшая популярность среди любителей, мастеров и энтузиастов, занимающихся своими руками. C++ – это основной язык программирования, используемый для Arduino.

Arduino – это электронная платформа с открытым исходным кодом, предназначенная для того, чтобы каждый мог легко создавать интерактивные устройства. Он состоит из платы микроконтроллера и среды разработки программного обеспечения.

Плата микроконтроллера – это аппаратное обеспечение, которое управляет входами и выходами вашего проекта. Среда разработки программного обеспечения – это программное обеспечение, которое вы используете для написания кода и его загрузки на плату микроконтроллера.

Платформа Arduino была разработана для новичков, поэтому ее легко использовать и программировать, даже если у вас мало опыта в электронике или нет. Arduino универсален, позволяя создавать различные проекты, от простых светодиодных дисплеев до сложных систем автоматизации. C++ – это мощный язык программирования, который используется для широкого круга приложений, включая программирование Arduino.

Первым шагом следует подключаем пульт к компьютеру с помощью USB-кабеля. Затем необходимо открыть Arduino IDE и создать новый проект.

Для программирования пульта нам понадобится библиотека RF24. Чтобы её добавить, откроем меню «Скетч» (Sketch) -> «Подключить библиотеку» (Include Library) -> «Управление библиотеками» (Manage Libraries). В поисковой строке введем «RF24» и установим найденную библиотеку.

Создаем код передатчика (Приложение Б) и код приемника (приложение В).

После внесения необходимых изменений в код и проверки его правильности с помощью кнопки «Проверить» (Verify), можно прошить пульт, используя кнопку «Загрузить» (Upload).

Аналогичным образом можно добавить функции для других кнопок пульта, управлять различными устройствами и осуществлять интересующую нас функциональность.

После завершения сборки пульт нужно протестировать и отладить, чтобы убедиться в его правильной работе.

Для начала убедимся, что все соединения проводов и компонентов выполнены корректно и надежно. При необходимости, проверяем каждое соединение и смотрим, что они не разъединяются и не вызывают помех в работе пульта.

Далее подключим пульт к источнику питания и убедимся, что питание подается на все необходимые компоненты. Проверяем работу каждого элемента пульта, включая кнопки, светодиоды и другие управляющие элементы. Каждый элемент активируется при нажатии на соответствующую кнопку или при выполнении требуемого действия. Если замечаем какие-либо неполадки, проверяем провода и компоненты, возможно, они не подключены правильно или требуется замена.

После проверки работы каждого элемента пульта, приступим к проверке его функциональности. Убедимся, что все кнопки выполняют нужные команды и отсылают соответствующие сигналы на устройство, которым нужно управлять. Проверим, что светодиоды индицируют правильное состояние пульта и отображают текущий режим работы или выбранные настройки. Если замечаем любые несоответствия или неполадки, проверяем программное обеспечение управления и убедимся, что оно работает корректно.

Если все элементы и функции пульта работают правильно, проводим финальное тестирование. Проверяем его работу в различных условиях эксплуатации, включая разные расстояния до управляемого устройства, разные углы наведения, различные комбинации кнопок и т.д. Следует убедиться, что пульт работает стабильно и надежно во всех ситуациях.

В случае обнаружения неполадок или несоответствий, проводим отладку. Проверяем оборудование, программное обеспечение и все соединения на предмет ошибок или неисправностей. При необходимости, вносим корректировки и повторяем тестирование и отладку до тех пор, пока пульт не будет работать безошибочно.

Кроме использования пульта для запуска пиротехники, есть несколько способов, как использовать пиротехнический пульт в творческих целях.

  • Управление светом

Оказывается, пиротехнический пульт можно использовать для создания интересного светового эффекта. Если у вас есть оригинальные лампы или лампы со специальными эффектами, вы можете подключить их к пульту и управлять светом прямо с вашего дивана. Включайте и выключайте лампочки, меняйте цвета или создавайте красочные световые шоу просто нажатием кнопки на пульте. Это как будто вы становитесь художником света, контролируя настроение в комнате своими руками.

  • Музыкальные эксперименты

А что если использовать пиротехнический пульт для управления звуковыми эффектами? Некоторые пульты пиротехники имеют встроенную музыкальную функцию. Это значит, что вы можете управлять музыкой прямо с пульта, создавая яркие и волнующие звуковые симфонии. Подключите ваш пиротехнический пульт к музыкальной системе и экспериментируйте со звуками, создавая уникальные композиции.

  • Фотографические эксперименты

Если у вас есть фотоаппарат с функцией дистанционного управления, пиротехнический пульт может стать необычным инструментом для создания фотографических эффектов. Например, вы можете использовать пульт для запуска затвора камеры в тот момент, когда нужно сделать снимок, не задерживая кнопку на самом фотоаппарате. Это особенно удобно, когда вы снимаете ночные сцены или долгую выдержку, так как позволяет избежать дрожания фотоаппарата.

Надеюсь, что эти идеи помогут вам вдохновиться и использовать пиротехнический пульт в новых и интересных способах. Помните, творчество и эксперименты – это то, что делает нашу жизнь яркой и запоминающейся.

Заключение

Любые праздники заканчиваются запуском фейерверков, а они, как известно, являются источниками потенциальной опасности. Если ещё учесть, что на большинстве запусков присутствуют дети, то процесс создания праздничного настроения превращается в «бомбу замедленного действия».

Поэтому я изготовил и запрограммировал устройство для запуска пиротехнических изделий, которое сможет не только «управлять» запуском фейерверков, но и поможет разместить детей на безопасном расстоянии от места запуска.

Для запуска пиротехнического оборудования я собрал схему, с помощью которой можно взрывать пиротехнику на расстоянии.

Программирование пульта управления я выполнил на языке C++. Это мощный язык программирования, который используется для широкого круга приложений, включая программирование Arduino. Arduino – это электронная платформа с открытым исходным кодом, предназначенная для того, чтобы каждый мог легко создавать интерактивные устройства.

Актуальность моего изделия заключается в том, что оно безопасно. Особенностью является усиленный пульт дистанционного управления с дальностью 2000 метров.

Подобные системы часто используются для оформления праздников, запуска пиро-фонтанов, фейерверков и различных других салютов. Ввиду большой дальности действия прибора, он также может быть применен для спецэффектов в кино, игры в страйкбол, проведения охоты.

Цель работы – создать пульт для управления пиротехникой на большом расстоянии – достигнута. Действие пульта дистанционного управления в действии проверено.

Я убедился, что можно самому создать дистанционный пульт управления пиротехническими изделиями большого радиуса действия (2 км).

Список ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И литературы

  1. Антонов, Л. П. Обработка конструкционных материалов: практикум в учебных мастерских / Л. П. Антонов, Е. М. Муравьев. – Москва: Просвещение, 1982. – 431 с. – Текст: непосредственный.

  2. Линия УМК И.А. Сасовой. Технология (Метод проектов). – URL: https://rosuchebnik.ru/kompleks/umk-liniya-umk-i-a-sasovoy-tehnologiya-metod-proektov-5-8/.

  3. Пиротехника: мифы и реальность. Под редакцией Вареных Н.М. г. Сергиев-Посад, .Издательство «Русская пиротехника», 2019, 43 с.

  4. Пиротехнический радиопульт. – 2022. – URL: http://wiki.amperka.ru

  5. Пиротехнический пульт на Arduino – URL: https://domoticzfaq.ru/pirotekhnicheskiy-pul-t-na-arduino/?ysclid=lrx970cjjs132357403

  6. Понятие и конструкция пиротехнического изделия. – URL: https://www.bah-bah.ru/blog/ponyatie-i-konstruktsiya-pirotehnicheskogo-izdeliya/

Приложение А. Схема передатчика и приемника

Приложение Б. Код передатчика

Код передатчика

#include <SPI.h> // Подключаем библиотеку для работы с SPI-интерфейсом

#include <nRF24L01.h> // Подключаем файл конфигурации из библиотеки RF24

#include <RF24.h> // Подключаем библиотеку для работа для работы с модулем NRF24L01

#define PIN_POT 2 // Номер пина Arduino, к которому подключена кнопка

#define PIN_CE 9 // Номер пина Arduino, к которому подключен вывод CE радиомодуля

#define PIN_CSN 10 // Номер пина Arduino, к которому подключен вывод CSN радиомодуля

RF24 radio(PIN_CE, PIN_CSN); // Создаём объект radio с указанием выводов CE и CSN

int potValue[1]; // Создаём массив для передачи значений кнопки

void setup() {

radio.begin(); // Инициализация модуля NRF24L01

radio.setChannel(5); // Обмен данными будет вестись на пятом канале (2,405 ГГц)

radio.setDataRate (RF24_250KBPS); // Скорость обмена данными 1 Мбит/сек

radio.setPALevel(RF24_PA_MAX); // Выбираем высокую мощность передатчика (-6dBm)

radio.openWritingPipe(0x7878787878LL); // Открываем трубу с уникальным ID

}

void loop() {

potValue[0] = digitalRead(PIN_POT); // Считываем показания кнопки

radio.write(potValue, 1); // Отправляем считанные показания по радиоканалу

}

Приложение В. Код приемника

Код приемника

#include <SPI.h> // Подключаем библиотеку для работы с SPI-интерфейсом

#include <nRF24L01.h> // Подключаем файл конфигурации из библиотеки RF24

#include <RF24.h> // Подключаем библиотеку для работа для работы с модулем NRF24L01

#define PIN_RELE 5 // Номер пина Arduino, к которому подключено реле

#define PIN_CE 9 // Номер пина Arduino, к которому подключен вывод CE радиомодуля

#define PIN_CSN 10 // Номер пина Arduino, к которому подключен вывод CSN радиомодуля

RF24 radio(PIN_CE, PIN_CSN); // Создаём объект radio с указанием выводов CE и CSN

int potValue[1]; // Создаём массив для приёма значений кнопки

void setup() {

pinMode(PIN_RELE, OUTPUT); // Настраиваем на выход пин реле

radio.begin(); // Инициализация модуля NRF24L01

radio.setChannel(5); // Обмен данными будет вестись на пятом канале (2,405 ГГц)

radio.setDataRate (RF24_250KBPS); // Скорость обмена данными 1 Мбит/сек

radio.setPALevel(RF24_PA_MAX); // Выбираем высокую мощность передатчика (-6dBm)

radio.openReadingPipe (1, 0x7878787878LL); // Открываем трубу ID передатчика

radio.startListening(); // Начинаем прослушивать открываемую трубу

}

void loop() {

if(radio.available()){ // Если в буфер приёмника поступили данные

radio.read(&potValue, sizeof(potValue)); // Читаем состояник кнопки

if(potvalue == HIGH)

digitalWrite(PIN_RELE, HIGH);

delay(5000);

digitalWrite(PIN_RELE, LOW);

}

}

Приложение Г. Процесс Создания пульта

Приложение Д. Проверка работы пульта

Просмотров работы: 41