Введение
В современном мире многие люди сталкиваются с проблемой неправильного режима сна и недостаточным количеством времени на утренние рутинные действия. Любой современный будильник можно выключить, перенести время подъема одним касанием и в итоге разрушить планы на день несвоевременным подъемом.
Мы увидели проблему в том, что несмотря на наличие личного будильника у каждого под рукой, они не обеспечивают гарантию своевременного подъема и активного пробуждения.
Данная проблема актуальна и для нас как для школьников, так как поддерживать свой режим в течении учебного года достаточно затруднительно.
В связи с этим мы поставили перед собой цель-создание умного будильника, гарантирующего быстрый подъем.
Ориентируясь на цель, мы поставили перед собой ряд задач для ее достижения:
-Изучить современные популярные будильники;
-Разработать концепцию умного будильника «GET UP» на базе конструктора LEGO MINDSTORMS EV3;
-Создать демонстрационную модель умного будильника и провести ее тестирование в реальных условиях;
-Оценить эффективность созданной демонстрационной модели.
В процессе работы мы вдохновлялись такой литературой как: Курс «Машины и механизмы», ШИР«Мистер Брейни»; Lego удивительные творения, а так же нам помогали интернет-источники https://hi-tech и https://www.verywellhealth.com.
Глава 1. Теоретическое обоснование создания модели умного будильника «GET UP» на базе конструктора LEGO MINDSTORMS EV3
1.1 Современные популярные будильники и принцип их работы
Самый распространенный вид будильника на сегодняшний день-собственный смартфон. Почти у каждого он есть под рукой. В специальном приложении можно настроить время, звук и частоту использования будильника, однако выключить его или перенести время подъема можно с одно случайное касание сквозь сон. Так же постоянное присутствие гаджета поблизости вредно сказывается на здоровье пользователя. (Приложение, Рисунок 1.1.1) [4]
Второй по популярности на сегодняшний день гаджет, позволяющий просыпаться по утрам-фитнесс часы. Время сигнала устанавливается на браслет при помощи подключенного к нему смартфона и при наступении заданного времени браслет разбудит вибрацией — проснетесь только вы, но не близкие. (Приложение, Рисунок 1.1.2)[4]
Современные будильники, не относящиеся к смартфону могут быть частью интерьера или оригинальной вещью, которая дополняет атмосферу комнаты хозяина.
Один из необычных примеров-световой будильник. Благодаря встроенной лампочке будильник будет постепенно увеличивать количество света в вашей спальне. Это может облегчить пробуждение и помочь укрепить естественные циркадные ритмы, которые регулируют режим сна и бодрствования. (Приложение, Рисунок 1.1.3) [5]
Нас, как школьников, больше заинтересовали интерактивные будильники, позволяющие не только проснуться, но и сразу поиграть, что создает позитивное настрроение в самом начале дня.
Одним из ярких примеров таких будильников является летающий будильник. В заданное время он начинает сигналить и запускает вертолетик, который летает по дому. Звук будильник будет издавать до тех пор, пока вертолетик не поймают и не вернут на базу. (Приложение, Рисунок 1.1.4) Однако такой будильник несет опасность имуществу-он легко может разбить вазу, или рамки на стенах, так как летает бесконтрольно. [5]
Рассмотрев данные варианты, нас наиболее привлек интерактивный будильник и на основе этой идеи мы создали собственный умный будильник, который будет безопасен для вещей, эффективен и интересен пользователям детям.
Глава 2. Модель умного будильника «GET UP» на базе конструктора LEGO MINDSTORMS EV3
2.1 Конструкция модели умного будильника «GET UP» на базе конструктора LEGO MINDSTORMS EV3
Для создания модели умного будильника мы выбрали учебный конструктор LEGO MINDSTORMS EV3 так как он позволяет с легкостью вносит изменения в конструкцию, совершенствовать маневренность и программный код для демонстрационной модели приблизив ее к прототипу. (Приложение, Рисунок 2.1.1)
В основе конструкции колесный ход, который обеспечивают два больших мотора. (Приложение, Рисунок 2.1.2) [1]
Ультразвуковой датчик, который следит за приближением робота к стенам, стульям и другим предметам интерьера, и обеспечивающих их сохранность. (Приложение, Рисунок 2.1.3)
Так же на модели расположены два датчика касания. Один из них отключает будильник, второй-меняет курс движения. (Приложение, Рисунок 2.1.4) [2]
Управление моделью происходит при помощи блока EV3, на который загружена программа будильника, а так же он является основой конструкции. (Приложение, Рисунок 2.1.5)
2.2 Управление моделью умного будильника «GET UP» на базе конструктора LEGO MINDSTORMS EV3
Для управления моделью мы использовали программу MINDSTORMS и создали линейную программу в цикле, которая обеспечивает движение робота после запуска будильника. (Приложение, Рисунок 2.2.1) [3]
2.3 Демонстрация возможностей модели умного будильника «GET UP» на базе конструктора LEGO MINDSTORMS EV3
Когда приходит время ложиться спать, владельцу прибора достаточно нажать центральную кнопку для запуска будильника к заданному времени. По истечению времени будильник издает громкий сигнал и начинает активно ездить по комнате в разные стороны, продолжая издавать громкие звуки. Движение робота меняет направление и скорость. Когда его ловит пробужденный хозяин его задача выключить будильник правильно. Если будет нажат не тот датчик касания, то будильник снова изменит траекторию движения и издаваемый звук.
При нажатии на правильный датчик система выключается и робот «засыпает» на экране появляется изображение ожидания включения.
2.4 Экспериментальное доказательство эффективности использования модели умного будильника «GET UP» на базе конструктора LEGO MINDSTORMS EV3
В рамках экспериментального доказательства эффективности использования модели умного будильника «GET UP» на базе конструктора LEGO MINDSTORMS EV3 мы предложили пяти учащимся школы интеллектуального развития «Мистер Брейни» попробовать поймать наш будильник и засечь время в секундах и их эмоциональную реакцию. Для оценивания реакции мы придумали шкалу. «0»-совсем не интересно, легко поймал будильник, «1»-интересно, «2»-очень интересно.
Результаты испытания представлены в таблице ниже.
Таблица 1.
Испытуемый |
Время в секундах |
Эмоциональная оценка |
1 |
7 |
1 |
2 |
12 |
2 |
3 |
13,5 |
2 |
4 |
8,5 |
2 |
5 |
5 |
2 |
По результатам проведенного эксперимента, мы можем считать, что использование умного будильника «GET UP» на базе конструктора LEGO MINDSTORMS EV3 и создание его прототипа будет эффективным и перспективным.
Заключение
В ходе нашей работы над проектом создания умного будильника «GET UP» мы наглядно убедились в актуальности и важности данной проблемы в жизни современных школьников. Изучив существующие решения и проанализировав их недостатки, мы смогли сформировать концепцию, отвечающую требованиям пользователей, желающих не только своевременно просыпаться, но и делать это с комфортом и бодростью.
Разработка и создание демонстрационной модели на базе LEGO MINDSTORMS EV3 позволили нам не только применить теоретические знания на практике, но и освоить новые навыки в программировании и проектировании. Тестирование модели показало, что наш умный будильник способен эффективно выполнять поставленные задачи, способствуя быстрому и активному пробуждению.
Оценив результаты, мы пришли к выводу, что умный будильник «GET UP» представляет собой успешное решение проблемы неэффективного пробуждения, и его дальнейшая доработка и массовое производство могут значительно улучшить качество сна и режима дня многих людей, особенно школьников. Мы надеемся, что наш проект станет основой для будущих разработок в области умных технологий и поможет многим пользователям находить баланс между учебой, отдыхом и личной жизнью.
На данный момент данную модель можно использовать в рамках занятий информатикой и робототехникой.
Список литературы:
1. Курс «Машины и механизмы», курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн», - Режим доступа - https://vk.com/mrbrain_tmn;
2. «LEGOудивительные творения»; Сара Дис [пер. с англ. М. Карманова].- Эксмодетство, 2020 г.;
3. «LEGO Гаджеты. Полный гид по строительству необычных механизмов»; [пер. с англ. Позина И. В., ред. Волченко Ю. С.].- Эксмодетство, 2019 г.
Интернет-источники:
4. https://hi-tech;
5/ https://www.verywellhealth.com.
Приложение
Рисунок 1.1.1 |
Рисунок 1.1.2 |
Рисунок 1.1.3 |
Рисунок 1.1.4 |
Рисунок 2.1.1 |
Рисунок 2.1.2 |
Рисунок 2.1.3 |
Рисунок 2.1.4 |
Рисунок 2.1.5 |
Рисунок 2.2.1 |