Электрифицированный интерактивный макет стенда «Энергоэффективный дом»

Электрифицированный интерактивный макет стенда «Энергоэффективный дом»

"…Леса без птиц

И земли без воды.

Всё меньше

окружающей природы,

Всё больше –

окружающей среды".

Р. И. Рождественский

Современный дом – это не только продуманный дизайн интерьера и наличие бытовой техники. Это прежде всего комфортная среда обитания, которая позволяет наслаждаться уютом и покоем любимого жилища. Понять, как это можно достичь с помощью современных технологий, поможет проект «Энергоэффективный дом».

Встала проблема – какую комплексную систему управления придумать и воплотить в жизнь? Например, с помощью современных приборов можно управлять светом: различные датчики присутствия, движения, освещенности самостоятельно включают свет в комнатах только тогда, когда зафиксируют, что там появился человек, а потом его выключат сами. Таким образом мы получаем: а) экономию электроэнергии, б) обеспечиваем защиту материальной собственности от злоумышленников.

Цель проекта: ознакомление с такими современными и нужными направлениями, как энергоэффективность и энергосбережение, привлечение внимания к экологическим проблемам общества.

Стенд "Энергоэффективный дом" представляет собой интерактивный настольный обучающий макет дома с возможностью управления и взаимодействия со всеми основными системами и приборами. Модель энергоэффективного дома предназначена для привлечения внимания посетителей выставки к экологическим проблемам современного общества.

В конструкцию энергоэффективного дома интегрированы высокочувствительные сенсоры для управления датчиками при помощи интерактивного воздействия приемо-передающих устройств. Предусмотрен аудиорежим, в котором система подробно рассказывает о энергосбережении в процессе строительства и энергоэффективности на этапе уже эксплуатируемого объекта.

Электрифицированный стенд предназначен для получения учащимися общеобразовательных учреждений знаний об основных направлениях в энергосберегающей отрасли и о важности соблюдения экологических норм в процессе эксплуатации жилого дома. В конструкции макета интегрированы высокочувствительные сенсоры для их управления при помощи интерактивного воздействия приемо-передающих устройств.

Описание Макета.

Макет состоит из:

• Жилой комнаты №1

• Жилой комнаты №2

• Жилой комнаты №3

• Комната №4 (Санузел)

Жилая комната №1 (1 этаж; В данной комнате на столе датчик-термометр, он же показывает время, т.е. выполняет несколько функций. Датчик термометр измеряет температуру жилого помещения и в зависимости от этих показаний влияет на регуляцию теплого пола, и способствует энергосбережению газа и его расходу при отоплении данного макета и жилого дома в будущем. Интерактивность модуля и его взаимодействие с посетителями выставки достигается хлопком человека на расстоянии 1м. Хлопок меняет отображение показателя времени на показатели температуры).

Жилая комната №2 (2 этаж, спальня. В данной комнате с помощью современных приборов можно управлять светом: различные датчики присутствия, движения, освещенности самостоятельно включают свет в комнатах только тогда, когда зафиксируют, что там появился человек, а потом его выключат сами. Таким образом мы получаем: а) экономию электроэнергии, б) обеспечиваем защиту материальной собственности от злоумышленников. Интерактивность модуля и его взаимодействие с посетителями выставки достигается движением руки посетителя в этой комнате. При движении включается освещение, используются светодиодные лампы, самые энергоэффективные на сегодняшний день)

Жилая комната №3 (12 этаж, гостинная. В данной комнате также используется датчики движения для освещения пространства. Здесь находится камин, в нем используется ИК датчик, который излучает направленный ИК луч. Данная микросхема позволяет точно настраивать расстояние, на котором датчик будет срабатывает. Это позволяет человеку свободно перемещаться по комнате, не активируя датчик, но, когда он захочет погреться у камина, нужно пододвинуть кресло к камину, в котором расположен датчик. Интерактивность модуля и его взаимодействие с посетителями выставки достигается, Этим дастигается интерактивность посетителя выставки и нашего макета. Каждый может придвинуть кресло и активирует этим движением датчик на камине. Он посылает постоянный сигнал на МК; если в поле его действия нет предметов, то сигнал - 0, если предмет обнаружен, то сигнал – 1).

Комната №4 (Санузел) используется для обнаружения движения в ограниченном пространстве с возможностью регулировки дальности датчика. Данный датчик идеально подходит для управления освещением в комнате. При получении сигнала от датчика движения включает парный для него модуль освещения, при этом в ванной комнате вместе с модулем освещения включает вентилятор (вытяжку). Находится на чердаке дома.

Техническая часть проекта стенда.

Микроконтроллеры применяются для создания электронных устройств с возможностью приема сигналов от различных цифровых и аналоговых датчиков, которые могут быть подключены к нему, и управления различными исполнительными устройствами.

Программирование – область деятельности, направленная на разработку программного обеспечения, которое в свою очередь, направлено на улучшение и облегчение человеческого быта («умный дом»), промышленной деятельности, среды услуг и технологического прогресса.

Проекты устройств, основанные на микроконтроллерах, могут работать самостоятельно или взаимодействовать с программным обеспечением на компьютере

Материалы и инструменты для изготовления макета

Материалы: дсп, фанера, пластик, резисторы, кнопки, тумблер, контейнер для часов, проводники, микроконтроллеры Arduino, регуляторы напряжения, блок питания, вентилятор, датчики движения, Микросхема ULN2003, ИК датчик расстояния, Светодиодный модуль 8х8 с драйвером управления, модуль часов реального времени RTC, Модуль семи сегментных индикаторов на четыре знакоместа на базе драйвера ТМ1637.

Инструменты: лобзик, наждачная бумага, паяльник, сверла, программатор, компьютер с необходимым программным обеспечением.

Этапы выполнения

Схема часов – термометра Схема камина

Освещение и вентилятор

Пироэлектрический инфракрасный (PIR) датчик движения (4 шт.)

используется для обнаружения движения в ограниченном пространстве с возможностью регулировки дальности датчика. Данный датчик идеально подходит для управления освещением в комнате.

При обнаружении движения датчик посылает сигнал на драйвер управления освещением. Установлены на потолке каждой комнаты.

ULN2003. Микросхема ULN2003 является набором мощных составных ключей для включения ярких диодов (свет в комнатах) и вентилятора (в ванной). При получении сигнала от датчика движения включает парный для него модуль освещения, при этом в ванной комнате вместе с модулем освещения включает вентилятор (вытяжку). Находится на чердаке.

Модуль освещения (4 шт.) В каждом модуле три ярких диода, драйвер и радиатор. Установлены на потолке каждой комнаты.

Камин

ИК датчик расстояния. ИК датчик излучает направленный ИК луч. Данная микросхема позволяет точно настраивать расстояние, на котором датчик будет срабатывает. Это позволяет человеку свободно перемещаться по комнате, не активируя датчик, но, когда он захочет погреться у камина, нужно пододвинуть кресло к камину, в котором расположен датчик. Он посылает постоянный сигнал на МК; если в поле его действия нет предметов, то сигнал - 0, если предмет обнаружен, то сигнал - 1.

Arduino Pro Mini. Постоянно находится в режиме чтения сигнала от ИК датчика. При получении сигнала, отличного от предыдущего, плавно изменяет интенсивность свечения камина. При получении 1 после нуля - камин плавно загорается, при получении 0 после 1 - плавно тушит камин; отвечает за рисунок пламени на диодном дисплее электронного камина. Для симуляции пламени использовалась функция получения случайных чисел и функция синуса от времени.

Светодиодный модуль 8х8 (64) с драйвером управления. Используя программную библиотеку от производителя, позволяет МК (Arduino Pro Mini) включать и выключать каждый диод посредством программного кода.

Часы и термометр

DS3231 - это модуль часов реального времени (RTC) с экстремально точным ходом благодаря встроенному кварцевому резонатору с температурной компенсацией (TCXO). Интерфейс передачи данных - I²C. В этой микросхеме есть также вход для напряжения резервной батареи; при отключении основного питания микросхема автоматически переключается на работу от резервной батареи, точность хода от резервной батареи не нарушается.

Модуль семи сегментных индикаторов на четыре знакоместа на базе драйвера ТМ1637. Учитывая простоту подключения и простоту использования программной библиотеки от производителя - идеальный выбор для отображения времени и температуры.

Arduino Pro Mini. Используется для управления DS3231 (установка времени, считывание времени, считывание температуры) и управления TM1637 (установка отображаемого времени или температуры с интервалом переключения), считывания кнопок для перехода в режим установки времени (часов и минут).

Регуляторы напряжения AMS1117-3.3V. Обеспечивают питание микроконтроллеров, дисплеев, датчиков.

FT232RL FTDI. Программатор, используется для программирования Arduino Pro Mini.

IDE

Среда разработки: ARDUINO IDE (C/C++)

Исходный код прилагается.

Приложение №1.

• исследовать потребление энергии различными источниками света

  Санузел с датчиком движения и вентилятором

  Спальня с датчиком движения и освещением подключенным к нему

  Гостиная с камином и ИК датчиком

• высокотехнологичных предприятиях;

• устанавливать характерные черты и особенности функционирования и соотносить эти характеристики с реальным домом.