Φρουρός του δάσους

Περιεχόμενα

Στοιχεία ομάδας έργου

Γιάννης Παπαδόπουλος
Χρήστος Κωστόπουλος
Παύλος Τζούτζιας

Ο Φρουρός του δάσους αναπτύχθηκε κατά τη σχολική χρονιά 2020–2021, μια περίοδο κατά την οποία η λειτουργία του ομίλου επηρεάστηκε σημαντικά από την πανδημία COVID-19. Πολλές από τις συναντήσεις πραγματοποιήθηκαν διαδικτυακά, ενώ η διά ζώσης λειτουργία διακοπτόταν ή περιοριζόταν συχνά.

Η ομάδα ολοκλήρωσε την αρχική έρευνα, τη διαδικασία σχεδιαστικής σκέψης και τον βασικό σχεδιασμό του συστήματος. Δημιούργησε επίσης μια εικονική μαθητική επιχείρηση, κατένειμε ρόλους στα μέλη της, συναρμολόγησε τα πρώτα οχήματα και πραγματοποίησε δοκιμές των κινητήρων, της κίνησης και του αισθητήρα φλόγας.

Οι επαναλαμβανόμενες διακοπές και ο περιορισμένος διαθέσιμος χρόνος στο εργαστήριο δεν επέτρεψαν στην ομάδα να ολοκληρώσει την τρισδιάστατη εκτύπωση των εξαρτημάτων, τον τελικό προγραμματισμό και την ενοποίηση του drone, του κέντρου ελέγχου και του οχήματος κατάσβεσης σε ένα ενιαίο λειτουργικό πρωτότυπο.

Η σελίδα διατηρείται ως τεκμηρίωση της ιδέας, της έρευνας, του σχεδιασμού και των επιμέρους δοκιμών που πραγματοποιήθηκαν.

Ο Φρουρός του δάσους ήταν μια πρόταση για ένα ολοκληρωμένο σύστημα έγκαιρης ανίχνευσης και αρχικής αντιμετώπισης δασικών πυρκαγιών.

Η ιδέα γεννήθηκε από την ανάγκη να εντοπίζεται μια φωτιά όσο το δυνατόν νωρίτερα, πριν προλάβει να εξαπλωθεί και να απειλήσει ανθρώπους, οικισμούς και φυσικά οικοσυστήματα. Η ομάδα σχεδίασε ένα σύστημα αποτελούμενο από τρία συνεργαζόμενα μέρη:

ένα drone επιτήρησης, το οποίο θα περιπολούσε πάνω από τη δασική περιοχή,
ένα κέντρο ελέγχου, το οποίο θα λάμβανε και θα επεξεργαζόταν τις πληροφορίες,
ένα αυτόνομο επίγειο όχημα, το οποίο θα προσέγγιζε το σημείο της φωτιάς και θα επιχειρούσε την αρχική κατάσβεσή της.

Στο σενάριο της ομάδας, το drone θα χρησιμοποιούσε κάμερα και τεχνολογία αναγνώρισης εικόνας για να εντοπίζει πιθανή φωτιά. Το κέντρο ελέγχου θα προσδιόριζε τη θέση της και θα έστελνε την πληροφορία στο επίγειο όχημα. Το όχημα θα κινούνταν προς το σημείο, θα χρησιμοποιούσε αισθητήρες φλόγας για να εντοπίσει την κατεύθυνση της εστίας και θα ενεργοποιούσε μια μικρή αντλία νερού.

Περιγραφή ιδέας

Το σύστημα που προτείνουμε έχει ως βασικό σκοπό την άμεση αντιμετώπιση των δασικών πυρκαγιών πριν πάρουν μεγάλες διαστάσεις και γίνουν απειλητικές για ανθρώπους και περιουσίες. Η καταστροφή που έγινε στο Μάτι της Αττικής το 2018 αποτέλεσε το έναυσμα για την ιδέα μας.

Το σύστημα μας αποτελείται από τρία μέρη:

Κέντρο ελέγχου
Drone επιτήρησης
Αυτόνομο όχημα αντιμετώπισης φωτιάς

Κόστος Παραγωγής

Funduino – κόστος 12 ευρώ
HuskyLens – κόστος 56 ευρώ
Αισθητήρας Φωτιάς 5 Channels – κόστος 7 ευρώ
Robot Smart Car 4WD – κόστος 17 ευρώ
Dual Motor Driver Module L298N – κόστος 5 ευρώ
Relay Module – κόστος 2 ευρώ
Mini Brushless Water Pump – κόστος 7 ευρώ
Bluetooth Module for Arduino – κόστος 7 ευρώ
Servo Micro – κόστος 4 ευρώ
800mAh 11.1V 45C 3S1P Lipo Battery Pack – κόστος 13 ευρώ
12v 2-3S Basic Balance Charger – κόστος 12 ευρώ
Πλακέτα Δοκιμών 400 Οπές – κόστος 3 ευρώ
DJI Tello Drone (το έχουμε ήδη στο εργαστήριο μας)
PLA Fillament 1KG – κόστος 22 ευρώ

Συνολικό κόστος: 167 ευρώ

Για την επιλογή του συγκεκριμένου θέματος αφιερώσαμε τρεις συναντήσεις στις οποίες διεξάχθηκαν συνεδρίες σχεδιαστικής σκέψεις και αξιοποιήσαμε τεχνικές, μεθοδολογίες και card-based εργαλεία Design Thinking τα οποία αναπτύχθηκαν για τον όμιλο ρομποτικής του σχολείου μας.

Φωτογραφίες από τις σχεδιαστικές συνεδρίες

Επίσης αξιοποιήσαμε άλλες 3 συναντήσεις για να δημιουργήσουμε μια εικονική μαθητική επιχείρηση η οποία θα σχεδίαζε και θα υλοποιούσε τα συστήματα μας, μοιράζοντας ρόλους στους μαθητές και τις μαθήτριες μας. Επειδή εκείνο το διάστημα τα σχολεία ήταν κλειστά λόγω της πανδημίας covid-19 εργαζόμασταν διαδικτυακά μέσω της πλατφόρμας Mural και εκεί έχουμε συγκεντρώσει όλο το αποτέλεσμα της έρευνάς μας.

Πορεία εργασιών

Τετάρτη 12/5/2021

Στη σημερινή συνάντηση θα κάνουμε τις παρακάτω προετοιμασίες:

Θα συγκεντρώσουμε τα υλικά τις ομάδας μας και θα ελέγξουμε αν μας λείπει κάτι και τι είναι αυτό.
Θα συναρμολογήσουμε το βασικό μέρος του οχήματος μας. Μπορείτε να δείτε κάποια βίντεο στο youtube με οδηγίες για να σας βοηθήσουν.

Τετάρτη 19/5/2021

Στη σημερινή συνάντηση θα συνδέσουμε τους κινητήρες με το Arduino και την πλακέτα του οδηγού και θα προσπαθήσουμε να κινήσουμε το όχημα μας. Αρχικά θα συνδέσουμε τους 4 κινητήρες στις 2 θέσεις του οδηγού. Οι κινητήρες της αριστερής πλευράς θα συνδεθούν στις θέσεις OUT1 και OUT2 και οι δεξιά κινητήρες στις θέσεις OUT3 και OUT4.

Βήμα 1: Θα χρειαστούμε το Arduino και τον οδηγό κινητήρων όπως φαίνεται στην εικόνα

Βήμα 2: συνδέουμε τον πίσω αριστερά κινητήρα στις θέσεις OUT1 και OUT2. To κόκκινο καλώδιο στην 1 και το μαύρο στην 2

Βήμα 3ο: Συνδέουμε και τον μπροστά αριστερά κινητήρα στις θέσεις OUT1 και OUT2. To κόκκινο καλώδιο στην 1 και το μαύρο στην 2

Βήμα 4ο: Συνδέουμε και τους δεξιά κινητήρες στις θέσεις OUT3 και OUT4. To κόκκινο καλώδιο στην 3 και το μαύρο στην 4

Για να ελέγχουμε τους κινητήρες από το Arduino θα χρειαστούμε 3 συνδέσεις για κάθε πλευρά κινητήρων (δεξιά – αριστερά). Δυο συνδέσεις θα ελέγχουν την κατεύθυνση και μία την ταχύτητα κίνησης των κινητήρων της πλευράς.

Βήμα 5ο: Συνδέουμε το IN1 με την υποδοχή 8 του Arduino και το IN2 με την υποδοχή 7. Αυτά τα 2 pins θα ελέγχουν την φορά (μπροστά ή πίσω) που θα πηγαίνουν οι δύο κινητήρες στα αριστερά.

Βήμα 6ο: Συνδέουμε το IN3 με την υποδοχή 5 του Arduino και το IN4 με την υποδοχή 4. Αυτά τα 2 pins θα ελέγχουν την φορά (μπροστά ή πίσω) που θα πηγαίνουν οι δύο κινητήρες στα δεξιά.

Βήμα 7ο: Συνδέουμε το ENA του οδηγού με την υποδοχή 9 του Arduino και το ENB του οδηγού με την υποδοχή 3. Το ENA ελέγχει την ταχύτητα της αριστερής πλευράς και το ENB την ταχύτητα της δεξιάς πλευράς.

Τετάρτη 9/6/2021

Πάμε τώρα να προγραμματίσουμε τα οχήματα. Έχουμε 2 διαφορετικά. Το ένα έχει σαν μονάδα το Arduino uno και το άλλο το Arduino Mega. Αρχικά χρειάζεται πολύ προσοχή κατά την σύνδεση του καλωδίου usb. Όταν το συνδέουμε πρέπει πρώτα να αποσυνδέουμε την μπαταρία.

Επίσης όταν συνδέουμε την μπαταρία για να δοκιμάσουμε το πρόγραμμα, πρέπει πρώτα να αποσυνδέουμε το usb.

Προγραμματισμός οχήματος Arduino uno

Πως προγραμματίζουμε τα οχήματα μας. Ας δούμε τι θα κάνουμε για το πρώτο όχημα (χαμηλό) που έχει το Arduino uno. Αρχικά αποσυνδέστε την μπαταρία και συνδέστε το Arduino uno με τον υπολογιστή μέσω του καλωδίου USB. Ανοίξτε το Pictoblox και πατήστε το πλήκτρο board.

Βήμα 1: Ανοίξτε το pictoblox, συνδέστε το Arduino με το laptop και πατήστε το πλήκτρο Board

Διαλέξτε το Arduino Uno από τις διαθέσιμες μονάδες.

Πατήστε το πλήκτρο connect για να ανοίξει η καρτέλα σύνδεσης.

Πατάμε το πλήκτρο Σύνδεση για να γίνει η σύνδεση με το Arduino uno.

Αλλάζουμε την κατάσταση από stage σε board.

Βήμα 5: Αλλάξτε το mode σε board αντί για stage

Γράφουμε το πρόγραμμα για να δοκιμάσουμε τους κινητήρες.

Κάνουμε upload το πρόγραμμα στο Arduino

Βήμα 7: Στέλνουμε το πρόγραμμα στο Arduino Uno

Προγραμματισμός οχήματος με Arduino Mega

Ας δούμε τι θα κάνουμε για το πρώτο όχημα (ψηλό) που έχει το Arduino Mega. Αρχικά αποσυνδέστε την μπαταρία και συνδέστε το Arduino Mega με τον υπολογιστή μέσω του καλωδίου USB. Ανοίξτε το Pictoblox και πατήστε το πλήκτρο board.

Διαλέξτε το Arduino Mega από τις διαθέσιμες μονάδες.

Πατήστε το πλήκτρο connect και μετά σύνδεση για να συνδεθείτε με το Arduino Mega.

Στέλνουμε το πρόγραμμα μας στο Arduino Mega.

Βήμα 4: Στέλνουμε το πρόγραμμα στο Arduino

Πειραματισμοί στην κίνηση

Είναι πολύ σημαντικό να νιώθουμε άνετοι στον χειρισμό του οχήματος μας και να μπορούμε να ελέγχουμε την κίνηση του. Για αυτό και είναι σημαντικό να καταλάβουμε πως χρησιμοποιούμε την εντολή που δίνει ρεύμα στους κινητήρες, ανάλογα με το όχημα (Arduino Uno ή Arduino Mega).

Η εντολή που χρησιμοποιούμε στο Arduino Uno

Η εντολή που χρησιμοποιούμε στο Arduino Mega.

Πειραματιστείτε με τις εντολές έτσι ώστε να εξερευνήσετε πως κινούμε τα οχήματα μας μπροστά, πως όπισθεν, πως καταφέρνουμε να στρίψουμε δεξιά και πως αριστερά.

Σύνδεση του αισθητήρα φλόγας

Ο αισθητήρας φλόγας έχει 5 κανάλια. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να ελέγξει 5 διαφορετικά σημεία ταυτόχρονα. Θα χρειαστεί να το συνδέσουμε σε 5 διαφορετικές θύρες στο Arduino.

Συνδέουμε το Α1 με το Α1, το Α2 με το Α2 κ.ο.κ.

Φυσικά θα χρειαστεί να συνδέσουμε τον αισθητήρα και με την γείωση και τα 5V του Arduino. Για αυτόν τον λόγο θα χρειαστούμε ένα breadboard όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα.

Δοκιμές του αισθητήρα φλόγας

Για να ελέγξουμε τον αισθητήρα θα χρησιμοποιήσουμε ένα απλό πρόγραμμα το οποίο θα διαβάζει την τιμή από την κάθε θύρα Α1, Α2, Α3 κλπ και θα την εμφανίζει στην σειριακή οθόνη.