Научно-техническое творчество. История успеха #2 Копосов Д.Г. / 12.07.2015 В 2014 году все учащиеся профильного физико-математического класса проводили исследовательские работы.Продолжу воспоминания… В прошедшем учебном году одной из тем исследований стала "Метеостанция, подключаемая к компьютерным сетям".Краткие тезисы работыВ настоящее время в жизни мы все чаще сталкиваемся с необходимостью знать точные погодные условия в данном месте и в данное время. Активные виды спорта, работа в местах с неблагоприятными условиями, научные исследования, прогнозирование погоды – все это требует статистических метеорологических данных. Даже для обычного урока физической культуры информация о погоде очень важна и востребована.Объектом исследования является возможность реализации недорогой и функциональной метеостанции, подключаемой к локальным и глобальным сетям. Цель: создание метеостанции, подключенной к локальной сети.Уникальность данного проекта: создана метеостанция с возможностью управления через компьютерные сети, обладающая низкой ценой и модульным принципом построения, что позволяет заменять или добавлять необходимые компоненты (датчики и управляющие элементы).Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи: изучить технологии, позволяющие реализовать проект; выбрать оборудование для сбора данных и их обработки; изучить и понять принципы работы датчиков; создать метеостанцию. Метеостанция — это совокупность приборов для анализа метеорологических условий, также устройство, которое будет считывать с датчиков показания и совершать какие-то действия над ними.Основные особенности персональной метеостанции — универсальность, мобильность, удобный интерфейс, с помощью которого возможно дальнейшее использование метеостанции в каких-либо крупных структурах по сбору, анализу, и сохранению погодных данных (например, Народный мониторинг от Яндекса).В качестве аппаратной основы выбрана платформа Arduino, так как она доступна (150 руб., за контроллер) и имеет широкий функционал в плане обработки информации: есть возможность подключать до 20 различных датчиков и актуаторов. Также к платформе Arduino существует очень большой выбор недорогих датчиков.Собранная метеостанция состоит из следующих модулей:1) плата Arduino UNO;2) плата расширения с поддержкой Ethernet;3) плата расширения с входами/выходами для удобного подключения и отладки;4) анемометр;5) датчик уровня выпавших осадков;6) 2 датчика влажности;7) 2 датчика температуры;8) датчик атмосферного давления.Для того, чтобы получать значения с датчиков и обрабатывать их, были созданы библиотеки, которые упрощают использование датчиков. Одним из этапов создания метеостанции является подготовка корпусов для контроллера и датчиков. Для реализации был использован 3D-принтер. Модели необходимых корпусов были подготовлены в программном обеспечении OpenSCAD, которое позволяет создавать трехмерные модели объектов используя скрипты.Вывод информация с датчиков был реализован через HTML. Для этого на платформе Arduino необходимо было реализовать WEB-сервер. Веб-сервер — это сервер, принимающий HTTP-запросы от клиентов и выдающий им HTTP-ответы, как правило, вместе с HTML-страницей, изображением, файлом, медиа-потоком или другими данными. Это достаточно сложная задача. 32Кб ПЗУ и 2Кб ОЗУ – очень серьезные ограничения. Интерфейс представлен на рисунке. Таким образом удалось создать метеостанцию, подключенную к локальной сети (либо Интернету) и обладающую достаточным количеством датчиков. Необходимое метеостанции электропитание можно, например, получить от аккумуляторов, тогда к свойствам добавится еще и мобильность устройства. Метеостанция вычисляет скорость ветра, относительную влажность воздуха в помещении и на улице, температуру внутри и вне помещения, количество жидких осадков, атмосферное давление, а также определяет направление ветра.В ходе исследования были проверены и откалиброваны все датчики. Метеостанция была проверена при разных погодных условиях.Перспективным и интересным является замена анемометра на распечатываемый на 3D-принтере, что позволит снизить себестоимость устройства. В ходе работ будет доработан код программы и оптимизирован, т.к. в текущий момент оперативной памяти осталось около 200 байт.Иван, оформив работу, не бросил ее. Он продолжал, продолжал, продолжал…Проверял работу метеостанции в зимнюю погоду, в осеннюю, в весеннюю. Калибровал все датчики. Ему это нравилось. «Развлекался» со своим желанием впихнуть всё и вся в 2 килобайта оперативной памяти на Arduino. За ним «хвостиком» бегали пятиклассники, он показывал-рассказывал. Сделал версию на Arduino Nano. И все время модернизировал. Однако, мне хочется сейчас представить развитие не исследования. Сейчас это стало легендой гимназии, а, значит, письменный вариант не отразит всю красоту, но основные моменты постараюсь отметить. Разве можем мы знать, когда нам суждено проявить себя в чем-то? Скорее всего нет. Придет время, сойдутся звезды. Учился в нашей гимназии замечательный парень Иван. В 5-6 классе посещал факультатив, однако увлечь его робототехникой мне не удалось. У него был спорт, были другие интересы и мало свободного времени. Иван несколько раз приходил после уроков, но "звезды не сходились". А в 9 классе даже не записался на элективный курс. Встретились с Иваном снова только когда мне посчастливилось работать в физмат классе учителем информатики. Именно в 10 классе все и началось. Он выбрал одно из направлений и реализовал проект «Система полива через Интернет». Постепенно стал с удовольствием забирать домой все, что хотел из лаборантской кабинета. Реализовал проект - мне пришла смска, чтобы я со своего телефона полил его домашнюю пальму. Потом я случайно уже узнал, что он, объединившись с папой, уже вовсю экспериментирует дома с системой умного дома. Иван был немногословен, он просто получал удовольствие от самого процесса… Предложение оформить работу в бумажный вид было бы негармоничным. Кроме этого, Иван изучал все, что есть в кабинете: что он "пропустил" ранее, и то, что еще никто не делал. Участвовал и побеждал в соревнованиях, помогал в подготовке к урокам и больше всех "жил" в кабинете.Быстро пролетел 10 класс и в сентябре 2014 года из большого списка тем Иван выбрал логично - «Метеостанция, подключаемая к компьютерным сетям». Как вы поняли, вышеприведенная работа – это средство. Цель была космических масштабов! С учетом того, что Ивану придется конкурировать с одноклассником, который, например, легко провел юбилейный концерт нашей гимназии. Плавно перенесемся на школьную конференцию. Иван, еще дома успокоил себя огромной дозой пустырника и... выступил. В коридоре его ждали друзья и фанаты. Занял 3 место на школьной конференции и был счастлив. На городской конференции "Юность Архангельска" Иван выступал уже без пустырника и занял 3 место. Это означало, что ему предстоит следующий уровень – областная конференция "Юность Поморья".И тут, как в хорошем фильме, что-то должно произойти. Ко мне подходит коллега: «Работа слабая. Надо переделать». Что это означало? Ивану - переделать за 2 дня, а мне - бежать в городской департамент, пока они не передали работу дальше.Скрывать эту информацию от Ивана было бы странно, да и человека он знал. Иду к Ивану…Действительно, я же чуть цель не подменил. Иван хотел попробовать себя в выступлениях. Развить эту... компетенцию Мы побеседовали, много чего обсудили, и Ивану очень захотелось проверить технологии:1) как выступать 30-35 минут вместо отмеренных 10, не нарушая регламент;2) как это "будут задавать вопросы, которые сам захочешь", если людей первый раз видишь.Хорошее начало. Пересказывать все - это надо лично. Все было сделано не так, как принято в образовательной среде и... Вы же знаете, что обычно происходит. 25 минут дополнительных вопросов. Разных и "гробовых" тоже, конечно. Он шикарно отвечал, шутил, улыбался: «Вы спрашивайте, спрашивайте!». И на замечание о том, что в работе не отражено ВСЕ то, что он сделал и исследовал, Иван гордо ответил: 1 место на «Юности Поморья».Потом Иван представил проект на VI Конкурсе научно–исследовательских работ учащихся в области естественных наук и информатики, проводимого Институтом естественных наук и технологий ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» в рамках ежегодных Ломоносовских чтений студентов, аспирантов и молодых ученых. Ему было важно выступить перед людьми с учеными степенями. Отмечен 2 местом и призом зрительских симпатий. Иван выступал так, что в гимназию приехало областное ТВ брать интервью, а потом и областное радио. Разве можем мы знать, когда нам суждено проявить себя...Теперь, на детский вопрос: «С чего начать?», я говорю: «С пустырника!», т.к. это уже стало легендой гимназии.STEM forever!!! STEM исследования научно-техническое творчество