1-сабақ
Мақсаты
Температураны, қысымды, ылғалдылықты, көмірқышқыл газының деңгейін дәл өлшейтін «ақылды» үй метеостанциясын жасау.
Күтілетін нәтижелер
Жобаны зерттегеннен кейін:
— оқушылар мұғаліммен ынтымақтаса отырып, топпен, жұппен жұмыс істеу дағдысын меңгереді
— оқушылар алынған ақпаратты талдайды және қорытындылайды
— оқушыларда оқуға деген жауапкершілікті көзқарас қалыптасады
— оқу іс-әрекеті процесінде оқушыларда коммуникативтік құзыреттілік қалыптасады
— оқушылар Arduino UNO құрылғысымен (тақтаймен) жұмыс істеуді үйренеді
— автоматтандыру мен электрондық құрылғылармен жұмыс істеу дағдыларын меңгереді
— дайын қолданбалы компьютерлік бағдарламаларды пайдаланып меңгереді
— метеорология терминімен, метеостанциялардың жұмыс істеу принциптерімен және ауа райы жағдайының негізгі көрсеткіштерімен танысады;
— өз бетінше логикалық қорытынды жасайды
Пәнаралық байланыс
— информатика (бағдарламалау тілдері, ДК-мен жұмыс)
— Физика (электроникамен жұмыс, автоматика)
— технология (жабдықтарды жасау, орнату және пайдалану)
— география (метеостанция негіздері және ауа райы жағдайының негізгі көрсеткіштерімен танысу)
Мұғалімге нұсқаулық
Сабақтың барысында ұсынылады:
— жобаға қызығушылықты ояту үшін бірнеше «жетектеуші сұрақтарды» қойыңыз, мысалы:
— SMART функциянал не екенін білесіз бе?
— SMART метеостанция дегеніміз не? Ол не үшін қажет?
— Үйлеріңізде метеорологилық құрылғы бар ма?
— оқушыларға метеостанция туралы және метеостанция қалай жұмыс істейтіндігі туралы ақпарат беру
— метеорологиялық өлшемдердің негізгі және негізгі көрсеткіштерімен танысу
— студенттерді Arduino UNO құрылғысымен таныстыру (сипаттама, жұмыс принципі)
— Arduino IDE бағдарламасымен танысу
— студенттерді электронды компоненттермен жұмыс істеу кезіндегі негізгі қауіпсіздік ережелерімен таныстыру
— дайын код мәндерін,жалпы сызбаларды, электронды компоненттерді және Arduino тақтасы туралы нұсқаулармен қамтамасыз ету
— метеостанцияны жасағаннан кейін дайын құрылғының жұмысқа қабілеттілігін тексеру
— SMART метеостанциясына корпус жасау (таңдау):
— 3D принтер арқылы
— Ағаш және фанерамен жұмыс істеуге арналған станок арқылы (жұмысты бастамас бұрын оқушыларға станокпен жұмыс істеудің негізгі қауіпсіздік ережелерін түсіндіру қажет)
— картон немесе пластик қорап арқылы (ұсынылады)
— жобаның соңғы сабағында, оқушылар өздері жасап шыққан құрылғыда бүкіл командамен метеорологиялық зерттеу жүргізіп, студенттерді STEAM.KZ бағалау критерийлері бойынша бағалаңыз.
Кіріспе
Әрбір адамға әсер ететін жаһандық фактор — ауа-райы жағдайлары. Қазіргі уақытта ауа райы жағдайын Интернеттен көруге немесе теледидардан көруге (тыңдауға) болады. Алайда сіз өзіңіздің жеке SMART метеостанцияңыз арқылы ең дәл ақпаратты ала аласыз.
Неге жасамасқа?!
Ендеше, сіздермен бірге ықшам тұрмыстық техниканы — SMART үй метеостанциясын жасайық.
SMART-метеорологиялық станция — бұл сіздің жеке құрылғыңыз болады, ол сізге метеорологиялық өлшеулер мен зерттеулер жүргізуге мүмкіндік береді, осылайша ағымдағы ауа-райын бақылайды. SMART метеостанциясы ауа райын үздіксіз бақылай алады.
Жобаның сипаттамасы
Метеорология (грек тілінен аударғанда meteōros – жоғары көтерілген, аспан, meteōra – атмосфералық және аспан құбылыстары) – жер атмосферасының құрылымы мен қасиеттері және онда болып жатқан физикалық және химиялық процестер туралы білімнің ғылыми және қолданбалы саласы, басқаша айтқанда, атмосфера және онда болып жатқан процестер туралы ғылым. [1]
Метеорологиялық станция — белгілі бір талаптарға жауап беретін, метеорологиялық ауданы бар, белгілі бір реттілік пен әдістемені пайдалана отырып, белгілі бір уақытта үздіксіз метеорологиялық өлшеулерді (ауа райы мен климатты бақылау) стандартты аспаптар арқылы ауа райын болжайтын арнайы мекеме. Барлық жиналған мәліметтер гидрометеорологиялық орталыққа беріледі. [2]
Метеостанцияның аналогтық және цифрлық түрлері болады.
Классикалық (аналогтық) метеостанцияда:
Цифровые метеостанции:
1. Дорожные метеорологические станции
2. Лесные метеорологические станции
3. Гидрологические метеорологические станции
4. Бытовые домашние метеостанции
Бытовые домашние метеостанции появились на рынке сравнительно недавно. Функциональность домашней метеостанции схожа с метеорологической станцией, только обрабатывается гораздо меньше данных, которые поступают с одного или нескольких датчиков, устанавливаемых за окном и в других помещениях. Работают как от электрической сети, так и от сменных элементов питания.
Сандық метеостанциялар:
1. Жол метеостанциялары
2. Орман метеостанциялары
3. Гидрологиялық метеостанциялар
4. Тұрмыстық метеостанциялар
Тұрмыстық метеостанциялар нарықта салыстырмалы түрде жақында пайда болды. Үйдегі метеостанцияның функционалдығы жалпы метеостанцияға ұқсас, бірақ белгілі көрсеткіштерді көретеді. Оларды терезенің сыртында және басқа бөлмелерде орнатуға болады. Сондай-ақ, смарт-метеостанция электр желісінен де, ауыстырылатын батареялармен де жұмыс істейді.
SMART ауа-райын болжау станциясы — үй метеостанцияның Smart Home жүйесімен интеграциясы болып табылады.
Синоптиктердің ауа-райы болжау дәлдігі төмен және елеулі қателіктерге ие болғандықтан, осыған орай, смарт үй жабдықтарының дұрыс жұмыс істеуі үшін белгілі бір уақыттағы ауа-райының жай-күйі туралы дәл және маңызды ақпарат қажет. Тек өзініздің жеке метеостанцияңыз «ақылды үйдің» орталық миын онлайн режимінде қажетті ақпаратпен қамтамасыз ете алады.
Үйдегі метеостанция учаскенің әртүрлі жерлерінде орнатылады және әртүрлі сенсорлармен жабдықталады. Бұл детекторлар келесі мәліметтерді анықтайды:
— Ауа температурасы
— Ылғалдылық
— Көмірқышқыл газының деңгейі
— Желдің күші мен бағыты
— Күн сәулесінің деңгейі
— Атмосфералық қысым.
Сыртқы сенсорлардан жиналған барлық ақпарат ғимарат ішінде орнатылған орталық блокқа жіберіледі. Ол өз кезегінде Wi-Fi немесе радиобайланысты пайдалана отырып, «ақылды үйдің» орталық хабына қосылады. Блок ішінде арнайы контроллерлер, драйверлер және алынған ақпаратты өңдеуге арналған бағдарламалар орнатылған. Метеостанцияның электронды блогы сенсорлар арқылы берілетін ақпаратты орталық хабқа жібереді. Метеорологиялық станциядан алынған ақпарат негізінде «ақылды үйдің» бас диспетчері белгіленген сценарийге сәйкес онымен байланысты құрылғыларға өз бетінше ақпарат береді. Метеорологиялық станциядан алынған ақпарат негізінде «ақылды үйдің» бас диспетчері белгіленген сценарийге сәйкес онымен байланысты құрылғыларға өз бетінше командалар береді. Қажет болса, хаб жарықтандыруды қосады, сплит жүйелерін қосады немесе өшіреді, бөлмені перделермен көлеңкелейді және басқа командаларды орындайды. [3]
Оқушылар Ардуино көмегімен өздерінің «ақылды» метеостанциясын жинағаннан (жасағаннан) кейін тұрғын үй-жайлардың ауасындағы температураның, салыстырмалы ылғалдылықтың және көміртегі диоксиді деңгейінің оңтайлы және рұқсат етілген нормаларын белгілеу қажет. Ол үшін ҚР МЕМСТ 30494-2011 басшылыққа алу қажет.
ҚР МЕМСТ сәйкес үй-жайлардағы микроклимат параметрлері:
| Метеостанция дисплейіндегі параметрлер | Ауа температурасы, 0С (+/-30С) | Ауа ылғалдылығы, % (+/-15%) | Көмірқышқыл газының деңгейі, ppm |
| Оңтайлы / рұқсат етілген параметрлер | 18-ден төмен емес28-ден артық емес | 30%-ден төмен емес60%-ден артық емес | Ауа сапасы жоғары: 400 ppm-ден азАуа сапасы төмен: 1000 ppm-ден астамОңтайлы: 800 ppm |
Қызмет көрсетілетін аймақтың әртүрлі нүктелерінде микроклимат көрсеткіштерін қамтамасыз ету кезінде:
— ауа температурасының ауытқуы оңтайлы көрсеткіштер үшін 2°с аспайды, ал рұқсат етілген көрсеткіштер үшін 3°С;
— ауаның салыстырмалы ылғалдылығының өзгеруі-оңтайлы көрсеткіштер үшін 7% — дан аспайды, және +( — ) 15% — рұқсат етілген көрсеткіштер үшін.
Қолданылған әдебиеттер тізімі:
1. Матвеев Л.Т.Жалпы метеорология негіздері. Атмосфера физикасы. — 2-ші басылым. — Л .: Гидрометеоиздат, 1984. — С. 7–8. — 751 с.
2. Метеорологиялық станциялар // Метеорологиялық сөздік
3. https://newsmarthome.ru/umnye-gadzhety/umnaya-meteostantsiya
Практикалық бөлімі
Бүгін сіздер метеорология, метеостанция және Смарт-функционал сияқты ұғымдармен таныстыңыздар.
Ардуинода өз құрылғыңызды жасау үшін нұсқауларды орындауды ұсынамыз.
Қадам 1. Arduino IDE бағдарламасын үйреніңіз
Қадам 2. Қажетті материалдармен және құралдармен танысыңыз:
| № | Атауы | Суреті |
| Аrduino UNO тақтасы |  | |
| температура мен ылғалдылық сенсоры DHT11 |  | |
| барометрлік қысым сенсоры GY-BMP180 |  | |
| көмір қышқыл газы мөлшері датчигі MQ 135 |  | |
| GSM-модулі және SIM-карта |  | |
| қуат көзі 9V (2A)-2 шт |  | |
| LCD дисплейі 2004 с I2C |  | |
| сымдар (папа-папа, мама-мама, мама-папа) |    |
Қорытынды
1-аптада оқушылар метеостанцияның конструкциясымен танысып, өздерінің смарт-функционалын дайындау үшін қажетті материалдармен танысты