VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Как устроена сигнализация банка?
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Вступление
В центре города Орла, неподалеку от железнодорожного вокзала расположено многоэтажное здание (рис.1), сильно выделяющееся из общего пейзажа и притягивающее взгляд каждого, кто проезжает по центральной улице города. Точно также и мы однажды проезжали мимо этого красивого высокого здания и обратили внимание, что на нем нигде нет названия, а подъезд к центральному входу закрыт шлагбаумом. Проведя небольшое “расследование” в Интернете мы выяснили, что это “Межрегиональное денежное хранилище №5 Центрального Банка Российской Федерации” или в простонародии “деньгохранилище”. Автору стало интересно, как оно устроено внутри.
Рис.1 Межрегиональное денежное хранилище №5 Центрального Банка Российской Федерации.
Поскольку доступ в денежное хранилище строго ограничен, можно было даже и не пытаться пройти внутрь. Поэтому немного порассуждав мы поняли, что такое же хранилище есть в каждом банке и решили открыть свой мини-банк! А поскольку в банке самое главное - деньги, нужно их хорошо защитить. В современных банках в этом помогает сигнализация.
Цели и задачи
Основная цель проекта - построение макета для изучения работы сигнализации.
Работа была разделена на несколько частей:
Составление эскиза и склейка пробного образца.
Разработка функционала макета (принципа работы).
Подбор и приобретение материалов.
Сборка каркаса.
Настройка оборудования.
Оформление.
Подготовка к выступлению.
Кроме изучения работы сигнализации автор планирует ознакомиться с различными технологическими процессами, доступными в бытовых условиях: резка, склейка и окраска бумаги, картона и листового пластика, пайка проводников и электронных компонентов, работа с клеевым пистолетом, работа с ручным инструментом (отвертка, пассатижи, бокорезы, шуруповерт), проведение измерений с помощью рулетки и линейки.
Поскольку ученик третьего класса не может самостоятельно производить все указанные работы, выполняться они будут под наблюдением или полностью консультантом автора.
Теоретическая часть
Система охранной сигнализации представляет собой сложный комплекс технических средств, служащих для своевременного обнаружения несанкционированного проникновения в охраняемую зону.
Одной из задач любой системы охраны является обнаружение и предотвращение попыток несанкционированного проникновения на территорию объекта (или в его внутренние охраняемые зоны) нарушителя. Если раньше для решения данной задачи привлекалось большое число людей, то в настоящее время трудно представить себе объект, на котором бы не применялись технические средства сигнализации и обнаружения1.
Сигнализация или Охранная система - это набор приборов для защиты различных объектов (зданий, отдельных помещений, автомобилей, сейфов и пр.) от нежелательных воздействий. Основное назначение - предупредить, по возможности предотвратить или способствовать предотвращению ситуаций, в которых будет нанесен вред людям или ценностям. Схема простой сигнализации приведена на Рисунке 2.
Рис. 2 Схема простой сигнализации.
В своем проекте мы построим простейшую охранную систему, назначение которой - не допустить проникновение злоумышленников в хранилище банка, когда он закрыт. Она состоит из следующих компонентов:
Контроллер - это электронный “мозг” системы, который работает как очень простой компьютер. Он собирает информацию от остальных приборов и включает нужный режим работы.
Датчики (или извещатели) - приборы, обнаруживающие изменения в помещении, которое мы охраняем. В нашем проекте мы использовали датчик движения (сообщает контроллеру о том, что в помещении кто-то двигается), и магнитный датчик открывания двери.
Оповещатели - приборы, сообщающие окружающим о работе сигнализации. Мы использовали трехцветный светодиод и динамик.
Считыватель магнитных карт - считывает и передает контроллеру номер поднесенной карты.
В центре макета будет дверь сейфа, которая открывается с помощью двигателя, управляемого контроллером. Открыть и закрыть дверь можно будет нажатием кнопки.
Наш макет продемонстрирует самую простую схему сигнализации. Похожие схемы используются в магазинах, школах и других местах, которые нужно защитить от непрошенных гостей.
Есть виды сигнализации, которые могут предупреждать об утечке газа или о возникновении пожара или даже сами тушить его. Всё зависит от датчиков, которые в ней используются.
В качестве контроллера выступит Arduino Uno — электронный конструктор и удобная платформа быстрой разработки электронных устройств для новичков и профессионалов. Платформа пользуется огромной популярностью во всем мире благодаря удобству и простоте языка программирования, а также открытой архитектуре и программному коду. Устройство программируется с компьютера через USB без использования программаторов2. Краткая блок-схема работы программы контроллера приведена на Рисунке 3.
Рис. 3 Краткая блок-схема работы программы.
Техника безопасности
Перед тем, как приступить к практической части необходимо оценить опасные факторы и постараться предупредить получение травм при выполнении работ.
Основные поражающие факторы:
порезы и царапины при работе с ножницами, ножом или тонкой бумагой;
ожоги при работе с клеевым пистолетом и паяльником;
поражение электрическим током при работе с электроприборами.
Меры по предупреждению травм:
инструктаж - автор проинструктирован о правилах работы с основными инструментами;
использование средств защиты (очки, перчатки, фартук и прочие);
разделение работ между исполнителями с соответствующей подготовкой - опасные работы (пайка, подключение электроприборов, резка канцелярским ножом) будут производиться только взрослыми.
Практическая часть
Макет мы строили всей семьей. Я помогал и занимался тем, что раскрашивал и склеивал детали, вырезал ножницами и подсказывал, что и как нужно сделать. Я увидел, как надо паять, склеивать клеевым пистолетом и резать картон острым ножом.
В самом начале мы нарисовали на бумаге эскиз - простой рисунок того, как будет выглядеть готовый макет. Потом из простой бумаги склеили пробный образец. Это нужно было для того, чтобы представлять, что у нас получится в конце (Рис. 4).
Рис. 4 Эскиз макета
Затем мы начали придумывать, как все должно работать. Папа нашел детали, которые можно использовать. Исходя из этого мы решили, что у нас будет открывающаяся дверь хранилища, несколько датчиков и считыватель карточек.
Так как раньше мы подобных проектов не делали, материалы мы выбирали прямо в магазине. Основой макета стал толстый картон. Внутренние стены и пол решили обклеить цветной бумагой. Для дверей и открывающихся элементов взяли маленькие петельки. Внешние стены решили обклеить раскрашенной печатной текстурой под кирпич. Надписи и рисунки распечатали на принтере и раскрасили карандашами. Все остальные детали подбирались из подручных материалов. Провода и электроника были в старых папиных запасах.
Картон был нарезан на детали канцелярским ножом и склеен при помощи клеевого пистолета. Текстуры из бумаги наклеены с помощью клея “Момент”. Также использовали прозрачную клейкую ленту (скотч), двусторонний скотч, пластмассу, прозрачный пластик, фломастеры, восковые карандаши и пр.
В итоге у нас получился настоящий банк, только примерно в 10 раз меньше (Рис. 5).
Рис. 5 Внешний вид готового макета
Описание макета
Макет состоит из холла (помещения для посетителей) и хранилища. В холле есть входная дверь и окно. Из холла в главное хранилище ведет круглая дверь с кодовым замком. Эта дверь открывается сама, если набрать правильный код (в рамках текущего проекта это декор, на самом деле под клавиатурой спрятана простая кнопка) на клавиатуре слева (Рис.6).
Рис. 6 Кодовая панель и дверь в хранилище.
На входе в банк есть специальный прибор (сам прибор скрыт внутри, а снаружи наклеен муляж), который считывает ключи и включает сигнализацию (Рис. 7).
Рис. 7 Муляж считывателя и магнитный ключ.
В холле установлены датчики- специальные приборы, которые следят за тем, чтобы в помещение не проник воришка, когда банк не работает. Датчики тоже подключены к сигнализации. Мы использовали датчик движения, совместимый с Arduino, а также геркон и часть магнита в качестве магнитного датчика открывания двери (Рис. 8).
Рис. 8 Датчик открытия двери и датчик движения.
Работает макет так: если банк открыт для посетителей, над входом горит зеленая лампочка. Только в это время сотрудники банка могут зайти в хранилище. Когда банк закрывается, последний работник запирает дверь и включает сигнализацию с помощью своего брелка. Сигнализация включится только если закрыта дверь и в холле нет движения.
С этого момента сигнализация следит за датчиками и включит сирену, если кто-то попытается пробраться внутрь и забраться в хранилище.
Чтобы открыть банк, опять понадобится брелок. Только определенный брелок включает и выключает сигнализацию.
Сама сигнализация всегда спрятана там, где до нее не доберется злоумышленник и не сможет её отключить. В нашем макете есть потайные места, в которых спрятаны контроллер, батарея и прочие вспомогательные элементы (Рис. 9).
Рис. 9 Контроллер расположен в скрытой нише макета.
Заключение
Мы показали, что в домашних условиях можно с легкостью собрать работоспособный макет помещения, демонстрирующий работу сложных электронных систем.
В результате этой работы автор получил поверхностные знания о работе электронных приборов на примере системы сигнализации. Были получены новые навыки работы с материалами и инструментами. Самое главное - удовлетворено детское любопытство.
Список источников и литературы
Ворона В.А., Тихонов В.А. Технические системы охранной и пожарной сигнализации/Ворона В.А., Тихонов В.А. -Москва: Горячая Линия - Телеком, 2012.- 376 с.
Аппаратнаяплатформа Arduino [Электронныйресурс]/Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License: http://arduino.ru/
1 Ворона В.А., Тихонов В.А. Технические системы охранной и пожарной сигнализации.
2 http://arduino.ru/