Исследовательская работа "Умная копилка"

Школьная научно-исследовательская конференция учащихся

«Ступень в будущее. Юниор»

Умная копилка

Исследовательская работа

Автор работы: Ягудин Арслан Динисович,

ученик 7д класса, Ямальская школа-интернат имени Василия Давыдова

Руководитель: Мухарамова Альвина Рамильевна, учитель физики и информатики, Ямальская школа-интернат имени Василия Давыдова

Яр-Сале

2019

Содержание

Введение……………………………………………………………………………….………3

1. Теоретический этап исследования……………………………………………….………..4

1. Фоторезистор и его функции……………………………………………….….…4

2. Программирование на Arduino IDE……………………………………….……...5

2. Практический этап исследования…………………………………………………….……5

2.1 Написание программы считывания номинала монет…………………….……..5

2.2 Конструирование корпуса копилки…………………………………….………...6

2.3 Сборка деталей………………………………………………………………….…7

2.4 Тестирование и корректировка модели………………………………………....7

Заключение……………………………………………………………………………….……8

Список источников……………………………………………………………………………9

Введение

П ервые копилки появились тогда, когда появились и первые деньги. Именно копилки стали олицетворять богатство. И стремление накопить как можно больше денег овладевало умами людей все чаще и чаще. Деньги дома копили, как правило, в самых разных емкостях.

До революции в России в качестве копилки выступала кружка. Более обеспеченные хранили деньги в шкатулке или «денежных ящиках». Такие ящики копилки были сделаны из дерева, сверху их оковывали стальными полосами и запирали на висячий замок.

Но были и такие копилки, которые наполнялись без труда, а вот достать из них деньги было очень сложно. Щель, в которую кидались монеты, была закрыта изнутри подвижной шторкой.

Потом копилки стали выпускать в виде животных. Первая копилка была выпущена в виде свиньи, ведь именно это животное символизирует постоянно растущее богатство.

В настоящее время копилку приходится разбивать, чтобы посчитать деньги.

Цель моего проекта: заменить обычную и неудобную копилку на HD копилку, которая будет экономить время.

Задачи:

- узнать, как с помощью фоторезистора определить номинал монеты;

- подобрать оптимальную программу для создания умной копилки;

- самостоятельно изготовить копилку.

Актуальность заключается в том, что у людей не утратился интерес к накоплению денег и в наши дни.

Гипотеза: предположим, что возможно создать копилку, которая считывала бы номинал монеты и выводила итоговую сумму на экран.

1. Теоретический этап исследования

1. Фоторезистор и его функции

Ранее на курсах ФабЛаб, которые проводились на осенних каникулах, я познакомился с таким устройством, как фоторезистор или фотодатчик.

Ф оторезистор – это полупроводниковый прибор, сопротивление которого (если удобно – проводимость) изменяется в зависимости от того, насколько сильно освещена его чувствительная поверхность.

Фоторезисторы чаще всего используются в качестве датчиков света, когда требуется определить наличие или отсутствие света или зафиксировать интенсивность света. Примерами являются автоматы включения уличного освещения и фотоэкспонометры. В качестве примера использования фоторезистора, приведем схему фотореле для уличного освещения.

В моем случае, когда монета катится, она загораживает определенное количество света. Это значение идет в программу и выводит на монитор порта значение.

1. Программирование на Arduino IDE

На тех же курсах ФабЛаб, я познакомился с Arduino .

Arduino IDE - это программная среда разработки, предназначенная для программирования одноимённой платы. Используя программную среду Arduino IDE, можно, основываясь лишь на знаниях языка C++, решать самые разные творческие задачи, связанные с программированием и моделированием. На сегодняшний день с помощью Arduino конструируют всевозможные интерактивные, обучающие, экспериментальные, развлекательные модели и устройства. Arduino широко используется в сфере роботостроения и простейших систем автоматики. Основной продукцией является набор плат, комбинируя которые, возможно создавать различные устройства, способные выполнять широкий ряд задач. В плату можно подключать провода и множество разных элементов: светодиоды, датчики, кнопки, двигатели, модули связи, реле и др.

Arduino IDE является бесплатной программой, скачать которую может любой желающий. Этот язык программирования довольно прост в освоении.

Для начала работы с Arduino IDE требуются платы Arduino, кабель USB и компьютер с установленной на него программой Arduino IDE.

Имея этот набор, можно начинать экспериментировать с имеющимися платами, записывая на них свои первые скетчи(программы).

Вся работа над проектом разбивается на следующие этапы:

1. Придумываем идею и проектируем.

2. Собираем электрическую схему.

3. Подключаем плату Arduino к компьютеру через USB.

4. Пишем программу и записываем ее в плату буквально нажатием одной кнопки на экране в специальной среде программирования Arduino.

5. Отсоединяем от компьютера. Теперь устройство будет работать автономно – при включении питания оно будет управляться той программой, которую мы в него записали.

2. Практический этап исследования

2.1 Написание программы считывания номинала монет

Для создания программы считывания номинала монет потребовалась программа Arduino IDE. Для написания программы потребовалось 10 часов. Код программы:

2.2 Конструирование корпуса копилки

С помощью программы AutodeskFusion360 я создал корпус копилки, ящик и крепление для фоторезистора и светодиода.

Б лагодаря виртуальной среде Autodesk удается проверить, как ведет себя сборка в реальных условиях, какие нагрузки сможет выдержать, как будет выглядеть и т.д. Комплекс позволяет редактировать множество исходных данных, задавать характер взаимодействия между деталями, создавать анимацию сборки.

Кроме этого, имеется возможность создавать фотореалистичные изображения при помощи Fusion 360, воспользовавшись всей мощью рендера на облачных серверах Autodesk.

2 .3 Сборка деталей

На создание необходимых деталей потребовалось около 8 часов работы. Все это я вырезал на лазерном станке. Потом с помощью столярного клея, соединил все детали. Соединить крепление для фоторезистора и светодиода надо так, чтобы они были

н апротив друг друга. Это поможет определить номинал монеты.

2.4 Тестирование и корректировка модели

Самым важным этапом стала работа с калиброванием монеты. Мне пришлось закидывать по 10 раз одну монету, чтобы определить ее значение и записать в программу. Чтобы моя копилка начала работать, я подключил ее к сети электроэнергии с помощью старой зарядки Samsung.

Заключение

По итогам проекта я доказал свою гипотезу. У меня получилась копилка, которая умеет считывать номинал монеты и выводит на экран итоговую сумму.

В дальнейшем можно разработать модель копилки, которая не будет подключена к сети электропитания. Например, будет работать на аккумуляторных батарейках или даже солнечных. А также возможно сделать разъем для купюр. А еще… Но еще - это только мечты, которые можно воплотить

Список источников

1. https://arduinoplus.ru/arduino-ide-opisanie-gde-skachat

2. https://arduinomaster.ru/datchiki-arduino/lcd-i2c-arduino-displey-ekran/

3. https://samelectrik.ru/chto-takoe-fotorezistory.html

4. http://www.topauthor.ru/gde_i_kogda_poyavilis_kopilki_dlya_deneg_1fab.html

5. http://we-it.net/index.php/zhelezo/ostalnye-ustrojstva/344-autodesk-fusion-360-osobennosti-i-sfera-primeneniya