Пополитов Алексей Юрьевич,

учитель технологии

 МБОУ «Лицей села Хлевное»

Хлевенского района
popolitov78@mail.ru

Творческий проект

«Программируемый стенд «Регулируемый пешеходный переход»

Номинация «Лучший педагогический проект»

Направление «Современные технологии: элементы робототехники, радиоэлектроники, системы «Умный дом»»

Введение

В сентябре первоклассники впервые придут в школу, они будут переходить дорогу, а движение перед лицеем очень интенсивное. Как их научить безопасно переходить через дорогу. В нашем лицее есть хорошие стенды, объясняющие правила, но первоклассникам трудно читать, и они не смотрят на них. Мне пришла в голову идея, создать такой объект, который бы заинтересовал детей и научил бы их переходить дорогу.

Итак, цель моего проекта создать объект, который позволит детям научиться переходить дорогу возле лицея. Я решил, что это должно быть что- то одновременно и интересное, и обучающее, и работающее автоматически, чтобы дети могли сами освоить переход через дорогу.

Когда я стал наблюдать за пешеходным переходом, выявил следующие проблемы:

• светофор работает только по требованию, и не все знают о кнопке;
• многие дети не знают, что надо делать и просто стоят и ждут зеленого сигнала светофора;
• поскольку режим работы светофора требует немного подождать, пока загорится красный для автомобилей и зеленый для пешеходов, и дети, нажав кнопку сразу начинают переходить дорогу;
•  некоторые родители неправильно останавливают машины.

Сначала хотели сделать электрифицированный стенд, но в ходе работы стало понятно, что этого не достаточно – могут меняться режимы работы, знаки и было решено сделать программируемый стенд, с возможностью изменения режимов работы.

Учитывая, принятую правительством стратегию по безопасности дорожного движения, постоянные занятия и инструктажи по правилам дорожного движения в лицее я понял, что мой проект будет не только актуальным, но и может послужить объектом для производства (отдельной бизнес - идеей).

 В своей работе я стремился использовать современные технологии. Например, светофор напечатан на 3d принтере, работа стенда программируется при помощи блока Ардуино.

основная часть

Анализ предлагаемых стендов на рынке

Стенды уже давно зарекомендовали себя в качестве одного из самых эффективных средств размещения информирующих материалов, презентаций, рекламы.

Я долго думал, какой стенд сделать и начал искать информацию в интернете про такие стенды. К моему удивлению цены на них оказались очень большими - от 5 000 р. за  простые,  и до 20-40 тыс. и выше – за электрифицированные.

Электрифицированный стенд "Дорожные правила для малышей и их родителей" цена 18 300,00 руб.^[1]

Рис.1 Электрифицированный стенд "Дорожные правила для малышей и их родителей"

Недостатки: действия ученика сводятся к нажатию кнопки и разбору  ситуации, а нам нужно выработать правильные действия.

Двухсторонняя магнитно-маркерная доска "Азбука дорожного движения" на разборной стойке. Цена 13 500,00 руб.

Рис 2 Двухсторонняя магнитно-маркерная доска "Азбука дорожного движения"

Недостатком данной доски является отсутствие действующих светофоров. А самым большим недостатком обоих досок является то,что  они не привязаны к местности возле лицея.

Концепция проекта

Из всего выше сказанного, можно сделать выводы, что покупать стенды дорого, а во вторых бессмысленно - нет ни одного стенда с работающим светофором, а вопросы, написанные на стендах, дети читать не будут.

Обозначим цель творческого проекта – создать обучающий стенд «Пешеходный переход» для детей младшего школьного возраста, который бы наглядно отражал дорожную ситуацию возле лицея и был интересен детям.

К готовому изделию я предъявил следующие требования:

• Стенд должен приблизительно отражать реальную обстановку около лицея.
• Стенд должен быть электрифицированным и подразумевать выполнение действий (игру или выполнение заданий для детей).
• Светофор должен работать в режиме приближенном к реальному.

Я сформировал следующие задачи:

• Разработать конструкцию стенда.
• Выбрать материала для основания и основы стенда.
• Изготовить основания стенда.
• Изготовить самой основы стенда.
• Разработать программируемого на ардуино модуля управления стендом.
• Изготовить макета реальной дорожной обстановки.
• Пешеходный переход должен управляться кнопкой и режимы работы должны соответствовать настоящему светофору.

Требования к изделию.

Определим основные требования к изделию

Напряжение до 36 вольт, желательно, чтобы работал от батареек 3 -9В.

Размеры должны быть компактными, чтобы можно было перенести в другой класс, но в то же время довольно большими, чтобы привлечь внимание.

Информация должна быть актуальной и отражать реальную дорожную ситуацию возле школы.

Стенд должен управляться автоматически и не требовать переключений режимов светофора вручную.

 При неправильном переходе дороги должны загораться сигналы, предупреждающие о неправильных действиях (красный смайлик). А при правильном переходе должен загораться зеленый смайлик.

На стенде должны быть светящиеся элементы.

Анализ и выбор базового варианта

Выбор конструкции основания стенда

Таблица 1

Выбор конструкции основания

Для основания решил прибегнуть к последнему варианту. Для удобства перемещения основание решил оснастить колесиками. А для транспортировки разработать разборную конструкцию.

Выбор материала для основы стенда

Можно рассмотреть несколько вариантов – изготовить на листе фанеры, ДСП, можно сделать в виде плаката и т д.

Рассмотрим наиболее походящие варианты.

1. - вариант с использованием ДСП - в ламинированной ДСП делаются каналы для проведения электропроводки и установки светодиодов.
2. Вариант на металлической основе - на металле делаются навесные элементы, проводка располагается сзади стенда
3. Использование готового каркаса от школьной доски
4. Поликарбонат – стенд на основе поликарбоната.

Выбор базового проекта

Таблица 2

Выбор базового варианта для основы стенда

По материалам самый дешевый (бесплатный) вариант - использование школьной доски. Для промышленных масштабов лучше будет использовать не школьную доску, покупать материалы по отдельности и клеить. В этом случае технология будет следующей:

1.  Заказать готовые, нарезанные по размерам, 2 листа 730х1000 из кровельной окрашенной стали.
2. Распилить 2 листа ДВП по размеру 730х1000.
3. Склеить под прессом один лист металла и два листа ДВП.
4.  Фрезеровать каналы для прокладки проводов.
5. Закрыть вторым листом металла.
6. Закрепить полоски из металла.
7. Края закрыть П - профилем для пластика (или алюминиевым профилем)

Я остановился на половинке доски, тем более в нашем классе поменяли доску на новую и можно было взять старую для проекта.

Прокладка проводки, установка и пайка радиодеталей.

Технология пайки медных проводников

Организация рабочего места для производства пайки

Залуживание и пайка проводников

Пайка радиоэлементов

Собрать по схеме – рисунок 3

Рис. 3 схема соединения радиоэлементов

Программирование Arduino

Программирование микроконтроллеров Arduino осуществляется на языке программирования C++. Этот язык является низкоуровневым, поэтому считается сложным и имеет высокий порог вхождения. Но для программирования Arduino используется упрощенная версия этого языка программирования. Так же для упрощения разработки прошивок существует множество функций, классов, методов и библиотек. Благодаря этому работать с этими микроконтроллерами очень удобно и легко. ^[2]

Разработка программы на ардуино для стенда является эксклюзивной и разработана для стенда пешеходный переход. В последующем необходимо запатентовать использование данной программы.

Разработка в 3D светофора для пешеходного перехода в SketchUp^[3]

Для того, чтобы 3D-принтер воспроизвел стенки модели в реальном мире, они должны иметь некоторую минимальную толщину.

Тут нужно найти золотую середину: с одной стороны, стенки не должны быть слишком тонкими, чтобы они вообще распечатались, а с другой стороны, чем они тоньше, тем меньше расходуется материала, тем быстрее распечатается деталь, и тем дешевле ее печать Вам обойдется.

Простая плоскость в Sketchup имеет нулевую толщину, так что объем стенкам трехмерной модели придется добавлять искусственно, создав не одну плоскость, а две, на небольшом расстоянии друг от друга, а потом сшив их вместе другими поверхностями, сделав модель замкнутой (сплошной).^[4]

Модели пешеходного и транспортного светофоров

Рис 4 модель пешеходного светофора

Рис 5 модель транспортного светофора.

Внешнее оформление стенда.

Здания сначала было решено сделать из фанеры, так сделано само здание лицея. Но процесс оказался очень трудоемким и  занял очень много времени. Поэтому решено было  остальные здания сделать  из пенопласта  и обклеить фотографиями фасадов зданий.

Дорога выполнена из цветной пленки на липкой основе. Разметка на дороге сделана из светоотражающих элементов. При фотографировании на телефон со вспышкой она светиться. Это сделано специально, чтобы можно было объяснить важность светоотражающих элементов.

Таблица3

Экономическое обоснование проекта

Низкая себестоимость проекта обусловлена предоставлением части материалов администрацией школы, так как она заинтересована в обучении детей начальной школы правилам безопасного поведения на дороге.

Если посмотреть разные варианты в интернете, то при такой себестоимости можно легко наладить производство и продавать по цене от 15 до 30 тыс. рублей. Конкурентов практически нет – все стенды просто электрифицированы, но не программируемые!

Реклама

Мы изготовим Вам стенд практически любой сложности. Преимущества нашего стенда:

Электрифицированный

Привязан (по местности) конкретно к вашей школе

Интересен для учеников

Долговечен в работе

Элементная база на основе светодиодов позволяет долго использовать элементы питания

Безопасен в работе

 Низкая стоимость

Индивидуальный подход к формированию цены

Аналогичные стенды в интернете стоят 25-50 тыс. руб. и на них изображено «Что – то и Где- то», а мы Вам изготовим всего за 15-20 тыс. руб. с привязкой к местности возле Вашей школы.

Заключение

Рис 6 готовый стенд

Думаю, что цель проекта достигнута – сделан интересный интерактивный стенд. Новизна проекта заключается в том, что стенд программируемый. В нем использован блок ардуино. Составлена программа для управления светофорами. Также проект привязан к конкретной         местности и не имеет аналогов в продаже. Данный проект может быть транслирован на любую местность вблизи образовательных учреждений и не только их. В проекте применялись современные технологии изготовления деталей. Так на 3D принтере был напечатаны светофоры. Для стенда разработана схема подключения всех элементов (герконов, светодиодов, и т д.) Размеры и конструкция стенда позволяют его компактно перевозить и переносить. Привязка к местности выполнена просто, но точно. Большинство зданий сделаны по простой технологии – резка пенопласта и оклеивание его фотографией реальных зданий. Данный стенд позволяет в интерактивном режиме, в игровой форме обучить правилам перехода проезжей части вблизи образовательного учреждения.

Данный стенд полезен не только для детей, но и для родителей, которые оставляют свое транспортное средство в зоне действия запрещающего знака. Даже если родители не найдут времени «поиграть» со стендом, то дети найдут запрещенные для остановки места и будут останавливать родителей от нарушения правил дорожного движения, что благоприятно отразится на безопасности дорожного движения.

Значимость стенда трудно описать - даже если он предотвратит один какой-нибудь неприятный случай на дороге - он бесценен, потому что жизнь оценить и измерить нельзя. Еще данный проект полностью соответствует стратегии безопасности дорожного движения на ближайшие годы. И надеюсь, что он поможет снизить в нашем лицее дорожно-транспортный травматизм. А детей научит правильно переходить дорогу.

Мне бы очень хотелось, чтобы мой проект нашел продолжение и был транслирован в образовательные учреждения. Можно даже наладить мелкосерийное производство при такой себестоимости. Проект получился очень конкурентным. Таких предложений ни в интернете, ни в магазинах.

Электронные ресурсы

1.электронный ресурс http://refleader.ru/jgejgemerbewqas.html 

2. электронный ресурс http://poisk-ru.ru/s52584t2.html

3. электронный ресурс http://zarnitza.ru/katalog-tovarov/pdd-dlja-detejj/uchebnoe-oborudovanie-po-pdd-dlja-detskikh-sadov/elektrifitsirovannyjj-stend-dorozhnye-pravila-dlja-malyshejj-i-ikh-roditelejj/

4. электронный ресурс http://zarnitza.ru/katalog-tovarov/pdd-dlja-detejj/uchebnoe-oborudovanie-po-pdd-dlja-shkol/uchebnoe-oborudovanie-po-pdd/stend-ugolok-pasport-dorozhnoj-bezopasnosti-obrazovatelnogo-uchrezhdeniya/

5. электронный ресурс http://helvetica-t.ru/listpolimat/penokarton.html

6. электронный ресурс http://moiinstrumenty.ru/svarochnyj/texnologiya-paiki.html

7. Электронный ресурс https://all-arduino.ru/programmirovanie-arduino/

8. Электронный ресурс https://www.sketchup.com/ru

9. Электронный ресурс http://3dtoday.ru/news/video/6773/

Видео ресурсы

1 https://youtu.be/EOqK6qG0Xhw

2 https://youtu.be/XLAtg43uYjs

Литература

1 Практическая энциклопедия ардуино

2 Проекты с использованием контроллера Arduino. Петин В.А.

3 Джереми Блум Изучаем Arduino- инструменты и методы технического волшебства (2015)

4 Симоненко В.Д. технология 8 класс Вентана- Граф 2003 г

Приложение  Программа для Ардуино

int beep = 0; // пин для подключен Buzzer module

int car_red = 2; // пин подключения 2 красный авто

int car_yellow = 3; // пин подключения 3 желтый авто

int car_green = 4; // пин подключения 4 зеленый авто

int knopka = 5; // пин подключения 7 кнопка включения зеленого пешеходного

int people_green = 6; // пин подключения 6 зеленый пешеходный

int people_red = 7; // пин подключения 5 красный пешеходный

int ledRed = 8; // пин подключения 8 задание выполнено с ошибкой

int ledGreen = 9; // пин подключения 9 задание выполнено правильно

int pp_Gerkon = 10; // пин подключения 10 пешеходный переход геркон

int p_Gerkon = 13; // пин для подключения геркона правильной парковки

int n_Gerkon = 12; // пин для подключения геркона неправильной парковки

int MIG = 500.0; // это частота мигания зеленого цвета пешеходного и автомобильного в миллисекундах

void setup() {

 delay(100);

 pinMode(car_red, OUTPUT);

 pinMode(car_yellow, OUTPUT);

 pinMode(car_green, OUTPUT);

 pinMode(people_red, OUTPUT);

 pinMode(people_green, OUTPUT);

 pinMode(knopka, INPUT_PULLUP);

 pinMode(ledRed, OUTPUT);

 pinMode(ledGreen, OUTPUT);

 pinMode(pp_Gerkon, INPUT_PULLUP);

 pinMode(p_Gerkon, INPUT_PULLUP);

 pinMode(n_Gerkon, INPUT_PULLUP);

 Car (HIGH, HIGH, HIGH, 1); // Это просто проверка работоспособности светодиодов

 digitalWrite(ledRed, HIGH);

 digitalWrite(ledGreen, HIGH);

 People (HIGH, HIGH, 1); // Все светодиоды светятся

 tone(beep, 1000); //включаем на 1000 Гц

 delay(500); //ждем 100 Мс

 noTone(beep); // проверка звукового

 delay(1000);

 digitalWrite(ledRed, LOW); // Выключаем после проверки светодиод ошибки

 digitalWrite(ledGreen, LOW); // Выключаем после проверки светодиод Правильно

}

void Car (byte red, byte yellow, byte green, int time_delay) {

 digitalWrite(car_red, red);

 digitalWrite(car_yellow, yellow);

 digitalWrite(car_green, green); w();

 for (int i = 1; i <= time_delay; i++) { delay(1); w(); }}

void People (byte red, byte green, int time_delay) {

 digitalWrite(people_red, red);

 digitalWrite(people_green, green);

 for (int i = 1; i <= time_delay; i++) {

 delay(1); w(); }}

void p(){

 for (int i=1;i<5;i++) {

 tone (beep, 500); //включаем на 500 Гц

 delay(100); //ждем 100 Мс

 tone(beep, 1000); //включаем на 1000 Гц

 delay(100); //ждем 100 Мс}

noTone(beep);}

void w() {

 if (digitalRead(people_green) == LOW || digitalRead(n_Gerkon)== LOW) { //

 if (digitalRead(pp_Gerkon) == LOW || digitalRead(n_Gerkon)== LOW) { //

 for (int i = 1; i <=3; i++) { //

 digitalWrite(ledRed, HIGH); //

 p();

 digitalWrite(ledRed, LOW);

 p(); } } };

 delay(1);

 if (digitalRead(people_green) == HIGH && digitalRead(pp_Gerkon) == LOW ) { //

 for (int i = 1; i <=3; i++) { //

 digitalWrite(ledGreen, HIGH); //

 delay(500);

 digitalWrite(ledGreen, LOW);

 delay(500); } };

 delay(1);

 if (digitalRead(p_Gerkon == LOW )) {

 for (int i = 1; i <=3; i++) { //

 digitalWrite(ledGreen, HIGH); //

 delay(500);

 digitalWrite(ledGreen, LOW);

 delay(500); } };

 delay(1); }

void svetofor() {

 for (int i = 1; i <= 3000; i++) {

 delay(1);

 w(); }

 for (int x = 0; x < 4; x++) { //мигание зеленого авто

 w();

 Car (LOW, LOW, HIGH, MIG);

 w();

 Car (LOW, LOW, LOW, MIG); }

 w();

 Car (LOW, HIGH, LOW, 1500); w();

 Car (HIGH, LOW, LOW, 1);

 for (int i = 1; i <= 500; i++) {

 delay(1);

 w(); }

 People (LOW, HIGH, 5000);

 for (int x = 0; x < 4; x++) { //мигание зеленого пешеходного

 People (LOW, HIGH, MIG);

 People (LOW, LOW, MIG); }

 People (HIGH, LOW, 500); w();

 Car (HIGH, HIGH, LOW, 1500); w();

 Car (LOW, LOW, HIGH, 1); w();}

void loop() {

 People (HIGH, LOW, 1);

 Car (LOW, LOW, HIGH, 1);

 w();

 if (digitalRead(knopka) == LOW)

 svetofor();}