Урок 1

Цель

Изготовить и сконструировать собственный “умный” датчик утечки газа, который будет измерять точные показатели уровня угарного газа, природных газов (метан, пропан), а также соединить с GSM-модулем, с помощью которого можно дистанционно получать оповещение об утечке газов. В завершении, изготовить корпус для датчиков.

Ожидаемые результаты

После изучения проекта обучащиеся смогут:

– приобрести навыки сотрудничество с педагогом и работать в группе, в парах– анализировать и обобщать полученную информацию

– будут сформированы ответственное отношение к учению

– будут сформированы коммуникативная компетентность в процессе образовательной деятельности

– научиться работать с устройством (плата) Arduino UNO

– приобрести базовые навыки автоматики и навыки работы с электронными приборами

– приобрести умение использовать готовые прикладные компьютерные программы

– ознакомятся правилами пожарной безопасности, классификацией материалов и продуктов горения, принципами работы датчиков утечки газа (дыма) и их основными показателями

Междисциплинарная связь: 

– Информатика (языки программирования, работа с ПК, работа с Arduino)

– Физика (работа с электроникой, автоматикой)

– Технология (изготовление, установка корпуса, и использование оборудования)

– Химия (классификацией материалов и продуктов горения, хим. реакции)

Руководство учителю

            В начале урока рекомендуется:

– для побуждения интереса к проекту, задать несколько «наводящих вопросов», таких как:

            – Вы знаете, что такое СМАРТ-функционалы? Перечислите

            – Что такое датчики утечки газа (дыма)? Зачем она нужна?

            – Какие химическая реакция наблюдается при горении?

            – Как связать обычный датчик утечки газа со СМАРТ-функционалами? И т.д.

– ознакомить учащихся с аспектами того, что такое горение и его продуктами

– ознакомить с правилами пожарной безопасности

– ознакомить учащихся с устройством Arduino UNO (описание, принцип работы)

– ознакомить программой Arduino IDE и GSM-модулем

– ознакомить учащихся основными Правилами техники безопасности при работе с электронными компонентами

– предоставить готовые кодовые значения и общие чертежи, и инструкцию того, как нужно соединить электронные узлы к плате Arduino

– после изготовления датчиков, произвести проверку на исправность (работоспособность) уже готового устройства

– изготовить корпус для SMART-детектора утечки газа с помощью:

            – 3D-принтера

            – станок для работы с деревом и фанерами (перед началом работы объяснить учащимся основные правила техники безопасности работы со станком)

            – картонной или пластиковой коробки (рекомендуется)

– в заключение проведите всей командой метеорологические исследования на данном устройстве, и оцените учащихся по критериям оценок STEAM.KZ.

Введение

Согласно мировой статистике, смертность по причине отравления угарным газом стоит на втором месте после отравлений алкоголем. Например, в Америке около 400 человек ежегодно погибает от отравления угарным газом [2]. В Казахстане смертность от отравления сжиженным и природным газом составляет свыше 20 человек в год. Причинами отравлений часто являются нарушения эксплуатации печного оборудования и бытовых газовых устройств [1]. Датчик угарного газа (миниатюрное устройство) для дома может помочь своевременно предупредить хозяев о возможной опасности и исключить негативные последствия. 

Сегодня во многих домашних хозяйствах используются газовые печи или другое газовое оборудование. При использовании газового оборудования всегда есть риск утечки газа, что может привести к возгораниям и взрывам. Чтобы своевременно выявить утечку газа, желательно использовать системы, определяющие утечку газа.

В данном уроке предлагается проект беспроводного устройства безопасности для обнаружения утечки газа на основе Arduino. Устройство предназначено для использования в домашних условиях, где приборы и обогреватели, работающие на природном газе и сжиженном газе, могут быть источником риска. Также после некоторых доработок данная система также может использоваться для других приложений в промышленности или на заводах, которые зависят от сжиженного нефтяного газа и природного газа в своей деятельности.

Использованные ресурсы:

[1]https://ru.sputnik.kz/incidents/20201103/15372148/Skolko-chelovek-gibnet-ot-ugarnogo-gaza-i-vzryva-gazovykh-ballonov-v-Kazakhstane-ezhegodno.html (Дата обращения: 10.11.2021)

[2]https://emerge–centre.uz/news2/minzdrav–preduprezhdaet–opasnost–ugarnogo–gaza–v–tom–chto–on–sovershenno–ne–imeet–zapaha/ (Дата обращения: 10.11.2021)

Давайте, теперь поговорим о том, как будет работать созданный нами датчик. 

1. Как Вы думаете на что реагирует датчик?

– Ответ очевиден, на газ/дым!

2. А как появляется газ/дым?

– Конечно, Вы правы, от процесса горения или от утечки.

На таком предмете, как “химия”, Вы наверняка изучали что такое горение!

Так вот, Горение – это сложный физико-химический процесс, где исходные вещества превращаются в продукты сгорания. Это происходит в ходе экзотермической реакции, где выделяется огромное количества тепла (огонь-пламя-дым), и света.

Давайте, теперь определимся что вообще горит и как эти вещи классифицировать.

В каждом доме есть вещи, которые могут гореть, например, деревянный шкаф, одежда, шторы бытовая техника из пластикового материала и так далее. Так вот, попробуйте самостоятельно классифицировать все что у вас есть дома смотря в таблицу №1.

Классификация предметов по пожарной безопасности	Состав	Продукты сгорания
Растительные (натуральные волокна)	хлопок, лен и сизаль, основой состава является – целлюлозы	двуокиси углерода, окиси углерода и воды
Синтетические текстильные материалы	вискоза, ацетат, нейлон, полиэстер, акрил	основные Газы, образующиеся при горении, это двуокись углерода, окись углерода и водяной пар
Пластмасса	изоляционный материалы, некоторая техника из пластика	хлористый водород, имеющий едкий раздражающий запах. Вдыхание хлористого водорода может вызвать смерть
Древесина и древесные материалы	шкаф, стол, стул	водяной пар, теплота, двуокись и окись углерода. Основную опасность для людей представляют недостаток кислорода и присутствие окиси углерода. Кроме того, при горении древесины образуются альдегиды, кислоты и различные газы. Эти вещества оказывают сильное раздражающее воздействие.
Минеральные ваты (фенолформальдегидные смолы)	материалы, которые используются при строительстве дома
Пенополистирол, пенополиуретан

 Давайте, теперь поговорим об основных продуктах процесса горения.

Датчик, который мы создадим, будет реагировать на эти газы (продукты).

Обратите внимание, что в основном продуктами горения являются такие газы, как угарный газ, углекислый газ, хлорводород.

Оксиды углерода
Монооксид углеродаУгарный газ	Диоксид углеродаУглекислый газ
	О=С=О

Как образуется угарный газ (СО)?

Угарный газ образуется при горении любого вещества, в котором содержится углерод (С).

2С + O₂ = 2CO

CO₂ + С = 2CO

Как образуется углекислый газ (СО₂)?

Углекислый газ образуется при гниении и горении органических соединений, также выделяется при дыханиях животных и растений.

С + O₂ = CO₂

Как горит пластмасса (поливинилхлорид)?

(-CH₂-CHCl-)_n + 2.5nO₂→2nCO₂ + nH₂O + nHCl

Как горит целлюлоза?

Целлюлоза + О2 = CO2 + H2O или (С6Н10О5)n+6n O2 ——-> 6n CO2 + 5n H2O

Давайте теперь приступим к части ардуино

Сейчас мы изучим как установить среда разработки Arduino IDE и как написать скетч и как запустить его

Видеоурок по установке Arduino IDE  вы найдете по этой ссылке

Теперь приступим к работе с Arduino IDE

Чтобы запустить код сначала мы должны проверить подключен ли наш ардуино к компьютеру

для этого мы переходим к вкладке Инструменты–>Порт, тут мы должны выбрать порт

Теперь мы можем прошивать наш ардуино. Давайте подключим наш дисплей к ардуино и выводим на экран какой нибудь надпись

Для этого мы должны установить библиотеку LiquidCrystal_I2C.

Чтобы скачать эту библиотеку переходите по ссылке библиотека LCD I2C

Видеоурок по установке библиотеки  вы найдете по этой ссылке

Теперь когда мы установили все что необходимое давайте приступим к созданию нашего прибора.

Шаг 1. Подключаем дисплей к ардуино

Ниже показан схема подключение ЖК дисплея к ардуино

Шаг 2. Теперь выводим надпись Hello World на экран дисплея

После установки библиотеки открываем Arduino IDE и запускаем этот скетч, для того чтоб скачать этот скетч нажмите сюда

#include <LiquidCrystal_I2C.h> // подключаем библиотеку

#include <Wire.h>


LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2);

void setup(){

  lcd.init();

  lcd.backlight();

  lcd.setCursor(0,0);

  lcd.print(“Hello World!”); 

}


void loop() {

}