В процессе проведения работы над исследовательским индивидуальным проектом по физике и информатике на тему «Умный дом» обучающиеся 8 класса осуществили сборку роботов, составили программу для корректной работы роботов, а также провели их апробацию.

Подробнее о работе:

В индивидуальном исследовательском проекте по физике и информатике на тему «Умный дом» авторы сделали маяк и шлагбаум на основе деталей конструктора ROBOTICS и различных дополнительных материалов.

Оглавление

Введение

1. 1. Этапы реализации проекта.
2. 1.1. Организационный этап (сборка роботов).
3. 1.2. Апробационный этап.
4. 2. Отладка программ.

Итоги проектной работы.
Используемая литература.

Актуальность проекта. Довольно интенсивно на сегодняшний день в России, как и во всем мире, стала совершенствоваться концепция «Умного дома». Она представляет собой выполнение функций отопления, освещения, вентиляции, сигнализации. Кроме того, предусмотрен контроль над данными всех вышеперечисленных и сопутствующих инженерных систем.

Все они организованы общим интеллектуальным управлением и ним же контролируются. К примеру, человеку не нужно думать об оставленном включенным утюге или электроплите — когда он уйдет, все будет отключено автоматом. Даже не стоит думать, что Intellhouse — это отдельный дом. Интеллектуальной можно сделать и квартиру, и дачу, главное — разработать соответствующий проект и подобрать оборудование.

Цель проекта: на основе деталей конструктора ROBOTICS и различных дополнительных материалов сделать маяк и шлагбаум.

Задачи проекта:

• осуществить сборку роботов;
• составить программу для корректной работы роботов;
• провести их апробацию.

Объект исследования:управление «Умным домом»

Предмет исследования:роботы из конструктора ROBOTICS

Методы исследования:формализация, обобщение, моделирование, эксперимент, описание.

Для создания роботов были использованы: ROBOTICS Стартовый набор 2.0–1 шт; ноутбук Леново – 2 шт; программа ROBO Pro Light – 1 шт

Технология сбора робота

Используя детали конструктора, собрали модели маяка и шлагбаума.

К ним прикрепили несколько датчиков.

Все датчики и моторы подсоединили к контроллеру BT Smart. Внутри контроллера находится несколько микросхем и микропроцессор. Взаимодействие этих компонентов с компьютером и управляющей программой позволит управлять моделями.

Написали программу в среде программирования – ROBO Pro Light

Нами были собраны и представлены для апробации:маяк и шлагбаум.

Маяки устанавливают в важных или опасных местах, где они исполняют роль навигационных знаков для кораблей и их видно с большого расстояния даже ночью. Мы подумали и решили применить работу маяка к «Умному дому»

Руководствуясь инструкцией по сборке, собрали модель маяка и соединили провода согласно электрической схеме.

В навигационных картах характеристики маяков указываются с помощью специальных терминов, например:

Прерывистый свет	Длительность светлой и темной фаз одинакова, то есть лампа маяка горит столько же, сколько не горит. Еще его называют изофазным режимом.	Мы решили сделать длительность фаз 2 секунды.
Быстро мигающий свет	Длительность светлой фазы короче темной фазы. Вспышка длится менее двух секунд. Сигналы повторяются очень часто.	Здесь длительность светлой фазы 0,3 секунды, а тёмной 1,5
Медленно мигающий свет	Длительность светлой фазы короче темной фазы. Сигналы повторяются не очень часто	Вспышка длится как минимум две секунды.

Автоматические шлагбаумы установлены на многих автостоянках и въездах на различные территории. Он открывается, когда автомобиль подъезжает, и закрывается, когда он проезжает его. Задумывались ли вы, как шлагбаум узнает, что надо открыться перед автомобилем?

Руководствуясь инструкцией по сборке, собрали модель шлагбаума и соединили провода согласно электрической схеме.

Сперва шлагбаум закрыт. Когда луч в световом барьере прерывается, шлагбаум открывается. Через 3 секунды он закрывается.

Для собранных роботов в программе RoboPRO были составлены алгоритмы c ветвлением.

Представленная программа предполагают использование в конструкции шлагбаума двух концевых выключателей, роль которых выполняют кнопочные переключатели. Один концевой выключатель должен срабатывать при открытии шлагбаума, а другой при его закрытии, т.е. при подъёме стрелы шлагбаума в вертикальное положение и опускании стрелы в горизонтальное положение соответственно. Концевой выключатель горизонтального положения стрелы шлагбаума должен быть подключен к первому входу контроллера (I1), а концевой выключатель вертикального положения стрелы ко второму входу (I2).

Чтобы сделать шлагбаум более безопасным, подъём стрелы происходит со средней скоростью (V=4 и Set motor 1 to 4 backwards), а опускание с малой скоростью (V=2 и Set motor 1 to 2 forward). В начале программ после включения лампы светового барьера, подключенной к выходу контроллера M2, выполняется задержка продолжительностью 0,1 сек, которая предотвращает ложное срабатывание светового барьера. Включение светодиодной лампы в расширении Scratch выполняется с помощью блока управления мотором (Set motor 2 to 8 backwards), который позволяет задать необходимую полярность включения исполнительного устройства.

На рисунке видно, что один и тот же алгоритм работы шлагбаума, составленный из блоков Scratch, получился более компактным, а алгоритм в виде блок-схемы в среде ROBO Pro Light выглядит более наглядным и лучше отражающим структуру алгоритма. Таким образом, с одной стороны блок-схема даёт нам возможность в буквальном смысле «пройти» по всем ветвям алгоритма, следуя стрелкам и проверяя логические условия, а с другой стороны блок-схема перестаёт быть удобной и наглядной для больших алгоритмов, которые не умещаются на одном экране и их сложно «охватить» одним взглядом.

В свою очередь, для отладки программ в среде Scratch можно временно использовать «отладочные» блоки, например, воспроизводящие различные ноты и звуки, что сделает рутинный процесс отладки увлекательным и более очевидным для учащихся. А приложение FTScratch BTSmart, обеспечивающее связь между расширением Scratch и контроллером BTSmart, отображает в наглядной форме показания датчиков (I1–I4) и состояние исполнительных устройств (M1–M2) как это показано на рисунке.

Далее прошла демонстрация работы роботов. Роботы абсолютно не зависимы и могут работать без участия человека.

В результате работы над индивидуальным проектом об умном доме нами созданы, запрограммированы и апробированы маяк и шлагбаум.

Поэтому можно сделать вывод о том, что цель проекта "Умный дом" достигнута. В этом проекте мы использовали не только микрокомпьютер и моторы, а мы постарались задействовать весь спектр имеющихся датчиков и сложных деталей из набора конструктора ROBOTICS Стартовый набор 2.0

В программировании использовались многозадачность, условия, циклы продемонстрировано действие таких логических операций, как логическое «И» и логическое «ИЛИ». Программы написаны в среде программирования – ROBO Pro Light

Наша команда и далее будет продолжать работу над этим и другими индивидуальными исследовательскими проектами. Мы уверены, что наши идеи найдут свое применение для создания более комфортного и удобного дома, квартиры. Ведь создание удобства и уюта посредством контроля технических процессов — главное предназначение «Умного дома».

1. Григорьев Д. В., Степанов П. В. Внеурочная деятельность школьников: методический конструктор. – М.: Просвещение, 2020г. – 223с.
2. Копосов Д. Г. Первый шаг в робототехнику: практикум для 5–6 классов. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2021г. – 286с.
3. Юревич Е. И. Основы робототехники. – 2-е изд., перераб. и доп. – СПб.:БХВ-Петербург, 2020г. – 416с.