IOT-инженерия: разработка умной скамейки для благоустройства городского пространства | Статья в журнале «Юный ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 6 ноября, печатный экземпляр отправим 10 ноября.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Научный руководитель:

Общественно значимое исследование Отличные иллюстрации Высокая практическая значимость Актуальная тема исследования

Рубрика: Спецвыпуск

Опубликовано в Юный учёный №8 (49) сентябрь 2021 г.

Дата публикации: 02.08.2021

Статья просмотрена: 12 раз

Библиографическое описание:

Кузьменко, Б. С. IOT-инженерия: разработка умной скамейки для благоустройства городского пространства / Б. С. Кузьменко, О. С. Склез. — Текст : непосредственный // Юный ученый. — 2021. — № 8.1 (49.1). — С. 11-12. — URL: https://moluch.ru/young/archive/49/2606/ (дата обращения: 25.10.2021).



Целью работы является повышение комфорта жизни людей при помощи современных технологий.

Ключевые слова: панель солнечная, энергия альтернативная, скамейка умная, преобразование энергии, энергия солнечная.

Новые технологии позволяют городской власти напрямую взаимодействовать с сообществами и городской инфраструктурой и следить за тем, что происходит в городе, как он развивается и какие действия позволяют улучшить качество жизни населения. Главная цель «Умного города» – повышение комфорта и уровня жизни людей с помощью современных технологий.

Ни одно общественное место современного города не обходится без мест отдыха и скамеек. На скамейках люди читают, общаются в Интернете, смотрят новости, работают в ноутбуках. Умная интерактивная скамейка станет новым объектом, с которым могут взаимодействовать как взрослые, так и дети.

Разработанная скамейка оснащена встроенным шкафчиком для оборудования и солнечной панелью мощностью 50 Вт, что позволяет аккумулировать электроэнергию, которую можно использовать для: зарядки телефона, подсветки лавки и дополнительного освещения в вечернее время, если его недостаточно для чтения книги потенциальному пользователю. Дизайн разрабатывался исходя из идеи, что, скамейка должна вызывать всеобщий интерес и обращать на себя внимание. Это своеобразный арт-объект, делающий городскую среду более привлекательной.

Поскольку скамейка будет размещена на улице, она должна выдерживать неблагоприятные погодные условия, быть устойчивой к перепадам температуры и влажности.

Выходная мощность порта USB 2.0, согласно общепринятым стандартам, должна составлять 500 мА, порта USB 3.0 – 900 мА при напряжении 5 вольт. То есть, максимальная мощность может составлять 2,5 или 4,5 Вт. Этого достаточно для зарядки смартфонов или планшетов. Конечно, на панель можно будет садиться. Фотоэлементы защищены каленым стеклом и выдерживают достаточную нагрузку.

Таблица 1

Расчет энергоэффективности скамейки в зависимости от времени суток

Условие

% от «полного» солнца

Яркое солнце – панели расположены перпендикулярно солнечным лучам

100%

Легкая облачность

60-80%

Пасмурная погода

20-30%

За оконным стеклом, один слой, стекло и модуль перпендикулярны солнечным лучам

91%

За оконным стеклом, два слоя, стекло и модуль перпендикулярны солнечным лучам

84%

За оконным стеклом, один слой, стекло и модуль под углом 45° солнечным лучам

64%

Искусственный свет в офисе, на поверхности письменного стола

0.4%

Искусственный свет внутри яркого помещения (магазин)

1.3%

Искусственный свет внутри жилого помещения

0.2%

С учетом того факта, что ясные дни составляют не 100% времени в течение дня, был произведен расчет количества времени работы скамьи без постоянного источника (солнца) с учетом данных из таблицы 1. Режим работы без постоянно источника называется днями автономии. Предположим, что необходимо обеспечить 2 дня автономии, тогда 19А*ч. ч 2=38А*ч, получается, совместно с 50Вт солнечной панелью мы должны использовать аккумулятор емкостью 40А*ч.

Зимой можно рассчитывать на 50Вт*ч запасаемой мощности, которую можно использовать для:

•питания 4-х LED ламп мощностью 5 Вт в течение 7 часов;

•2-х часов работы ноутбука со средним потреблением 3Вт*ч;

•просмотра в течение 1,5 часа телевизора;

•15-20 раз полностью зарядить смартфон.

В ходе работы была собрана электрическая цепь (рисунок 1), включающая в себя: солнечную панель, преобразователь, светодиодную ленту, аккумулятор.

Структурная схема электрической цепи

Рис. 1. Структурная схема электрической цепи

Эксперименты показали, что при подключении светодиодная лента горит не переставая, что демонстрирует работоспособность собранной цепи. При отключении аккумулятора от цепи лента гаснет, но ненадолго. При подключении к солнечной панели через непродолжительное время лента также начинает гореть, что показывает работоспособность панели без подключения постоянного источника напряжения.

После создания самой скамьи производится финальный монтаж электрооборудования с последующей проверкой работоспособности всей конструкции.

Для тестового запуска в порт usb был подключен контроллер EV3. Как видно на рисунке 2 контроллер заряжается, что говорит об исправной работе электронной части умной скамейки. Для более точной диагностики систему оставили включенной на 9 часов.

Тестирование электрической цепи

Рис.2. Тестирование электрической цепи

За время тестового подключения никаких проблем с контроллером не возникло, что свидетельствует об исправной работе скамейки. Контроллер был полностью заряжен.

Фото готовой умной скамейки

Рис. 3. Фото готовой умной скамейки



Ключевые слова

панель солнечная, энергия альтернативная, скамейка умная, преобразование энергии, энергия солнечная
Задать вопрос