Inteligentny dom zasilany energią odnawialną | Szkoła Podstawowa nr 4 w Krotoszynie

Założenia projektu

——————————————-

W ramach projektu uczniowie zbudują makietę domku i wyposażą go w inteligentne funkcje za pomocą platformy Arduino. Do zasilania budynku uczestnicy wykorzystają energię pozyskaną ze źródeł odnawialnych. Celem projektu jest zapoznanie uczniów z programowaniem w Arduino, wykorzystaniem czujników i modułów elektronicznych oraz możliwościami pozyskiwania energii odnawialnej. Ważne będzie również nauczenie się zasad współpracy w grupie, ze szczególnym uwzględnieniem narzędzi TIK wspomagających taki model pracy.

Realizacja

—————————————-

Podprojekt: Uczniowskie Laboratoria Informatyczne.

Na początku zajęć zespół uczniowski skupił się na wymianie pomysłów dotyczących tematyki wspólnego projektu. Miała ona obejmować mądre wykorzystanie energii pozyskanej ze źródeł odnawialnych, programowanie funkcji inteligentnego domu oraz praktyczne wykorzystanie czujników i modułów elektronicznych. Na podstawie zebranych pomysłów uczniowie dokonali wyboru funkcji inteligentnego domu do zrealizowania oraz sposobu, jakim pozyskiwana będzie energia odnawialna. Zespół ustalił, iż wykona makietę domku, który będzie gromadził energię pozyskiwaną ze słońca oraz z wiatru. Natomiast funkcje inteligentnego domu podzielił na cztery moduły:

1. Automatyczne zapalanie światła przed wejściem do budynku.
2. Światło zapali się przed domem wówczas, gdy spełnione będą jednocześnie dwa warunki: na dworze zrobi się ciemno i czujnik wykryje ruch przed wejściem.
3. Domykanie żaluzji okna dachowego podczas opadów deszczu.
4. Żaluzja zamknie się zasłaniając okno na czas opadów deszczu oraz otworzy się ponownie w momencie, gdy opady ustaną.
5. System utrzymywania zadanej temperatury wewnątrz mieszkania.
6. Temperatura będzie utrzymywała się w mieszkaniu w zadanym, stałym zakresie, tj. od 18 do 26 °C. Jeśli temperatura spadnie poniżej 18 °C załączy się ogrzewanie, jeśli natomiast przekroczy 26 °C uruchomi się wentylator, który schłodzi pomieszczenie.
7. System alarmowy.
8. Alarm, po uzbrojeniu, będzie monitorował mieszkanie zabezpieczające je przed dostępem nieuprawnionych osób. System wykrywa otwarcie drzwi oraz ruch wewnątrz domu. W przypadku wtargnięcia uruchamiane są sygnały dźwiękowe i wizualne. Alarm można rozbroić wpisując na klawiaturze kod PIN: 1234.

Przed rozpoczęciem tworzenia makiety wykonano za pomocą otrzymanych zestawów BeCreo prototypy działania każdej funkcji inteligentnego domu. Było to niezbędne, aby poznać sposób działania każdej z nich oraz określić listę potrzebnych do ich wykonania elementów.

Rys. 1. Tworzenie prototypów poszczególnych modułów w BeCreo.

Ze względu na ilość połączeń i zastosowanych czujników oraz modułów elektronicznych do budowy projektu jako płytki bazowej użyto Arduino Mega, która dysponuje odpowiednią ilością pinów, zarówno cyfrowych, jak i analogowych. Schemat elektryczny tworzonego systemu prezentuje się następująco:

Rys. 2. Schemat elektryczny tworzonego systemu w programie Fritzing.   (bezpośredni link do zdjęcia w pełnym rozmiarze)

Do budowy makiety użyto prostego domku dla lalek wykonanego ze sklejki drewnianej. Wzmocniono i usztywniono konstrukcję tak, aby całość była stabilna i można było na niej montować pozostałe elementy.

Rys. 3. Domek dla lalek- baza do budowy makiety.

W modelu wykonano odpowiednie otwory montażowe dla czujników oraz przepusty na przewody elektryczne. Wykonano prosty system drzwi przesuwnych oraz otwieranego okna dachowego. Z dodatkowej sklejki zbudowano otwieraną, drugą część dachu, na której zamontowano panel fotowoltaiczny.

Rys. 4. Montaż czujników i modułów elektronicznych.

Na poddaszu zainstalowano główne elementy systemu, m. in. płytkę Arduino, moduł zarządzania energią odnawialną oraz przetwornicę step down. Finalnie ilość okablowania przerosła nasze wyobrażenia i ledwo zmieściła się na strychu zbudowanej makiety.

Rys. 5. Okablowanie makiety umieszczone na poddaszu budynku.

Po dopasowaniu wszystkich elementów ze sobą domek został pomalowany oraz umeblowany za pomocą składanych mebelków. Dołożono też elementy wykończeniowe takie jak krzewy, firanki, wazony, dywan czy oświetlenie ogrodowe.

Rys. 6. Malowanie domku i mebelków.

Efektem finalnym naszej pracy jest makieta domu, która pobiera energię odnawialną ze słońca oraz wiatru i zamienia ją na energię elektryczną, którą gromadzi w akumulatorze. Model obsługuje cztery wybrane przez uczniów funkcje inteligentnego domu i częściowo może być obsługiwany za pomocą aplikacji zainstalowanej w systemach mobilnych.

Na koniec projektu przeprowadziliśmy zajęcia podsumowujące, omówiliśmy przydatność wykonanych elementów w życiu codziennym oraz możliwości dalszej rozbudowy systemu. Uczniom wręczono otrzymane z biura projektu certyfikaty.

Rys. 7. Zakończenie zajęć projektowych.

Przeprowadzono także prezentację działania zbudowanego systemu na forum szkoły, dla wszystkich osób chętnych, w małych grupach ze względu na aktualną sytuację epidemiologiczną.

Rys. 8. Prezentacja elektów na forum szkoły.

Prezentacja działania zbudowanego systemu została zaprezentowana i omówiona przez uczniów na filmie zmontowanym podczas zajęć:

Projekt uważam za bardzo udany. Uczniowie mieli możliwość zapoznania się z możliwościami tworzenia dowolnych systemów elektronicznych przy użyciu Arduino i wykorzystaniu odpowiednich czujników. Zapoznali się z możliwościami pozyskiwania i gromadzenia energii odnawialnej, tak istotnej w dzisiejszych czasach. Zajęcia sprawiły uczniom sporo radości i przyjemności. Z pewnością w kolejnym roku szkolnych wykorzystamy otrzymane pomoce edukacyjne podczas zajęć lekcyjnych.

Multimedia

Omówienie i prezentacja działania zbudowanego systemu smart home

Rozmieszczeniem poszczególnych elementów na makiecie

—————————————-

Zespół projektowy

Nazwa szkoły: Szkoła Podstawowa nr 4 w Krotoszynie
Nauczyciel – opiekun grupy projektowej: Paweł Paluszczak
Uczniowie – członkowie zespołu projektowego:

Adam Andersz
Marek Gabryelczyk
Michał Jankowski
Dawid Kaźmierczak
Szymon Krakowski
Damian Kurek
Oliwia Ludwiczak
Wojciech Mechedo
Maria Mechedo
Jan Nowaczyk
Amelia Szymańska
Mateusz Taszarek
Weronika Walkowiak
Paweł Witek
Wojciech Wróbel
Weronika Zakońska
Kacper Zieliński