Умная кормушка для птиц на основе LEGO WeDo 2.0

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

Личный портфель

Умная кормушка для птиц на основе LEGO WeDo 2.0

Горбацевич А.П. 1
1Студия PROречь г. Симферополя
Нудьга А.А. 1
1Студия "PROречь" г. Симферополя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

Зимой и в плохую погоду птицам трудно находить корм. Обычные кормушки имеют недостаток: пища в них быстро намокает от дождя и снега, портится или разбрасывается более крупными птицами. Это может навредить здоровью пернатых. Я предположил, что с помощью конструктора и простого программирования можно сделать кормушку «умной», чтобы она сама открывалась для птиц и берегла корм.

Цель проекта: создать автоматическую кормушку, которая будет защищать корм от непогоды и выдавать его птицам только тогда, когда они прилетают.

Задачи проекта:

  • Спроектировать и построить модель кормушки с защитным контейнером;

  • Оснастить её датчиком движения для обнаружения птиц;

  • Запрограммировать механизм автоматической выдачи корма;

  • Протестировать, как работает модель.

Для создания модели я использовал образовательный конструктор LEGO WeDo 2.0.

Для строительства умной кормушки потребовались:

  • Детали конструктора – для строительства платформы, навеса и закрытой ёмкости для корма;

  • Электронные компоненты – cмарт-хаб, электродвигатель для поднятия и закрытия крышки и датчик движения для отслеживания приближения птицы;

  • Механические части: червячная передача и набор зубчатых колёс. Они нужны, чтобы двигатель медленно и плавно поднимал тяжёлую крышку.

Обзор доступной научно-методической литературы подтвердил актуальность тематики, отметив недостатки традиционных кормушек и подчеркнув преимущества автоматизированных решений. Были использованы руководства по освоению LEGO WeDo 2.0, инструкции по работе с сенсорными датчиками и моторами, рекомендации по настройке алгоритмов программирования в образовательной среде.

Изученная литература и материалы подтвердили, что подобные решения являются перспективными направлениями, способствующими улучшению благополучия зимующих птиц.

Я самостоятельно разработал конструкцию кормушки, определил оптимальное расположение датчиков и двигателей, написал и настроил программу, реализовал финальный тест модели. Таким образом, личное участие в проекте позволило глубже погрузиться в тему робототехники и программирования, приобрести важные навыки конструирования и анализа результатов эксперимента.

Представленная работа демонстрирует значимый вклад в повышение заботы о природе и защиту дикой фауны, одновременно развивая способности участников проекта в областях технического творчества и прикладного программирования.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Разрабатываемая умная кормушка функционирует согласно следующему алгоритму:

  1. Движение птицы фиксируется датчиком: когда птица подлетает близко к кормушке, специальный инфракрасный датчик фиксирует её присутствие.

  2. Передача сигнала в смарт-хаб: информация о появлении птицы передается на центральный контроллер («смарт-хаб»), установленный внутри кормушки.

  3. Поднятие крышки с помощью мотора: после получения сигнала смарт-хаб запускает встроенный электродвигатель, который поворачивает червячную передачу, приводящую в действие зубчатую пару. Эта система обеспечивает плавное открытие емкости с кормом вверх.

  4. Открытие доступа к корму: через установленное время после остановки мотора крышка остаётся открытой ровно столько, сколько нужно птице, чтобы успеть полакомиться кормом.

  5. Закрытие кормушки: по истечении заданного промежутка времени мотор включается обратно и опускает крышку, вновь обеспечивая герметичное закрытие кормушки.

Благодаря этому устройству корм остается сухим и безопасным для потребления птицей, защищенным от попадания влаги и грязи.

Модель кормушки прошла успешное испытание в программе LEGO WeDo 2.0. Было проверено, насколько точно выполняются запрограммированные шаги и соответствуют ли полученные результаты ожидаемым показателям:

– Корректность работы датчика движения.

– Надежность электропривода.

– Правильность позиционирования механизма открывания и закрывания крышки.

– Время задержки отклика системы на появление птицы и своевременное закрытие крышки.

Испытания подтвердили работоспособность всей конструкции и полное выполнение заложенных функциональных требований.

Концепция умной кормушки легко адаптирована для расширения функционала и увеличения размеров. Например, можно дополнить устройство дополнительными сенсорами для контроля температуры воздуха или влажности, автоматически определяющими тип подаваемого корма в зависимости от погодных условий. Или же добавить модуль солнечной панели для питания устройства вне сети электроснабжения.

Данный проект показывает, как простое и доступное решение, построенное на базе конструктора LEGO WeDo 2.0, может принести реальную пользу в охране природы и улучшении условий обитания животных. Такие устройства подходят для установки в парках, дворах жилых домов, дачных участках и школьных территориях, создавая комфортную среду для обитающих там птиц.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мне удалось создать работающую модель автоматической кормушки для птиц на основе конструктора LEGO WeDo 2.0. Такая кормушка действительно решает важные проблемы: защищает корм от влаги и ветра, а также экономно его расходует, открываясь только по необходимости. Её можно установить во дворе, в парке или на даче. В результате выполнения проекта я понял, что даже простые механизмы (червячная передача) и базовое программирование позволяют создавать полезные устройства, которые помогают природе, и научился создавать механизмы с полезной функцией. Это мой маленький, но важный вклад в заботу о живом мире вокруг нас.

Этот проект расширил мои представления о возможностях робототехники и программирования, позволив научиться основам работы с датчиками, двигателями и системами автоматизации.

В целом, моя умная кормушка представляет собой полезный инструмент для привлечения внимания общественности к вопросам бережного отношения к природе и может служить хорошим примером вовлечения детей и подростков в активное участие в природоохранительной деятельности.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

  1. Шмелёва О.Е. Уроки LEGO WeDo 2.0. Часть I: Учебное пособие для учителей начальной школы. – Москва: Просвещение, 2022.

  2. Коллективавторов. LEGO Education WeDo 2.0 Starter Set Instruction Manual. – LEGO Education, 2021.

  3. Образовательный портал «Фоксфорд»: LEGO WeDo 2.0 для начинающих // https://foxford.ru/wiki/informatsionnye-tehnologii/lego-wedo-2-dlya-nachinayushchikh (дата обращения: 18.09.2023)

  4. Горелова Е.Л. Игры и эксперименты с LEGO: педагогические сценарии. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2022.

  5. Масленникова Э.Б. Занимательная робототехника на уроках информатики. – Самара: Самарский университет, 2023.

Просмотров работы: 26