V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Домашний охранник
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1.Введение
1.1. Тема: в своей работе я хотел научиться создавать робота Домашний охранник, который является прототипом и первым шагом в создании такой сложной системы, как умный дом.
1.2. Цель:
1. Познакомиться с методикой создания подобных проектов.
2. Используя полученную информацию создать устройство, которое будет:
- измерять расстояния до объекта;
- измерять температуру в комнате;
- выводить информацию на дисплей и светодиодную шкалу.
3. На базе этого проекта, подключая дополнительные модули, собрать более сложное устройство с подключением к сети Wi Fi, к смартфону, с выводом информации на дисплей телефона и т.д.
1.3. Актуальность темы:
Мне очень нравятся роботы, с которыми я играю. Когда я увидел фильм «Звездные войны», то захотелось создать какого-то своего робота. В настоящее время электроника и робототехника шагнула очень далеко вперед, и теперь очень сложно представить нашу жизнь без таких приборов как чайник, стиральная машина, компьютер и т.д. Человек всегда стремился упростить свою работу, создавая дополнительные механизмы, устройства и роботы. И я тоже мечтаю создать робота будущего, поэтому я решил начать изучение робототехники, где я и узнал о проекте «Умный дом».
1.4. Гипотеза:
Я предполагаю, что на базе этого проекта мое устройство будет совершать несложные действия и собирать основные параметры окружающей среды. Но главное состоит в том, что устройство всегда можно усовершенствовать и доработать для различных функций в концепции Умный дом. Мой робот сможет по голосовой команде хозяина включать-выключать освещение, телевизор, стиральную машину и любые другие обычные бытовые приборы, используя свой манипулятор и слуховую систему, наливать воду в чайник, производить уборку квартиры в отсутствие хозяев, подсказывать, где лежат “потерянные” вещи, используя зрительную систему, а также охранять дом.
1.5. Задачи исследования:
Изучение литературы и интернет – ресурса по интересующей меня теме;
Обобщение изученного материала;
Сборка устройства и исследование качества его деятельности.
2. Основная часть
2.1. Платформа Arduino.
Изучая литературу и посещая кружок робототехники, я узнал, что основой проекта является программируемая платформа Arduino. Arduino — это небольшая плата с собственным процессором и памятью. На плате также есть пара десятков контактов, к которым можно подключать: лампочки, датчики, моторы, чайники, роутеры, магнитные дверные замки и вообще всё, что работает от электричества. На Arduino Uno (Ардуино Уно) предусмотрено всё необходимое для удобной работы с микроконтроллером: 14 цифровых входов/выходов, 6 аналоговых входов, кварцевый резонатор на 16 МГц, разъём USB, разъём питания, разъём для внутрисхемного программирования (ICSP) и кнопка сброса.
2.2. Измерение температуры в комнате
В этом эксперименте я измеряю температуру окружающей устройство среды, и с помощью шкалы показываю, на сколько она превышает заданный порог.
Список деталей для эксперимента
1 плата Arduino Uno
1 беспаечная макетная плата
1 светодиодная шкала
1 резистор номиналом 10 кОм
1 термистор
10 резисторов номиналом 220 Ом
14 проводов «папа-папа».
2.3. Измерение расстояния до объекта
В данном примере использован датчик расстояния или Ультразвуковой дальномер HC-SR04. Он определяет расстояние и выводит полученные значения на экран (в окно серийного монитора) в среде Arduino IDE.
Ультразвуковой дальномер определяет расстояние до объектов точно так же, как это делают дельфины или летучие мыши. Он генерирует звуковые импульсы на частоте 40 кГц и слушает эхо. По времени распространения звуковой волны туда и обратно можно однозначно определить расстояние до объекта.
Согласно схеме, соединили датчик и платформу проводами «мама-папа».
Принцип работы ультразвукового дальномера HC-SR04:
Подаем импульс продолжительностью 10 мкс, на вывод Trig.
Внутри дальномера входной импульс преобразуется в 8 импульсов частотой 40 КГц и посылается вперед через "T глазик".
Дойдя до препятствия, импульсы отражаются и принимаются "R глазиком". Получаем выходной сигнал на выводе Echo.
Непосредственно на стороне контроллера переводим полученный сигнал в расстояние.
После программирования датчика, можно на экране монитора порта увидеть расстояние датчика до препятствия
2.4. Вывод:
В результате проекта, я создал устройство, которое состоит из трех отдельных проектов, собранных в один. В данном проекте, как начальном, оно уже может измерить температуру в помещении и при необходимости, расстояние до объекта. (датчик показывает точность в пределах одного сантиметра на расстояниях от 10 см до 2 м. На более коротких и дальних дистанциях возможно появление сильных помех, что сильно зависит от окружающих предметов и способа использования).
Для включения термодатчика достаточно подключить источник питания к клеммам батарейки. Для включения датчика расстояния необходимо подключение устройства к компьютеру с программой.
Уникальность проекта состоит в том, что устройство является начальным этапом в построении более сложной системы. В дальнейшем на базе этого проекта, подключая дополнительные модули, можно собрать
3. Заключение:
Проект «Домашний охранник» является прототипом системы «умный дом». На примере этого устройства можно собрать более сложные проекты, добавить дополнительные датчики, усложнить структуру и логику. Также есть возможность открытия «удаленного порта», в котором и отображаются результаты измерения расстояния. В этом состоит особенность проекта. Нет дисплея с информацией, зато есть возможность выводить результаты измерений на компьютер, соответственно, при наличии подключения к интернету, наблюдать за датчиками из любой точки Мира, где есть Интернет.
Какой фильм о будущем ни включи, там обязательно в том или ином виде будут присутствовать роботы. Казалось бы, что ситуация, когда робот помогает нам по дому – это действительно далекое будущее. В действительности, будущее уже наступило и роботы уже среди нас. Уже сегодня можно за достаточно доступные деньги при помощи роботов решать повседневные задачи.
4. Используемые интернет источники:
- http://computer-museum.ru/books/vasenkov/vasenkov_3-1.htm
- http://www.icete.ru/pegibs-751-1.html
- http://wiki.amperka.ru/%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B4%D1%83%D0%BA%D1%82%D1%8B:arduino-uno
- https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B0%D1%82%D1%87%D0%B8%D0%BA
- http://amperka.ru/product/hc-sr04-ultrasonic-sensor-distance-module
- http://arduino-diy.com/arduino-ultrazvukovoy-datchik-rasstoyaniya