Ольга Павлова
Челябинская область, г. Челябинск
МБОУ "Лицей № 11 г. Челябинск", 5 класс
РОБОТ ДЛЯ АНАЛИЗА И ОЧИСТКИ ВОЗДУХА В ПОМЕЩЕНИИ
17
Научный руководитель: Галка Алексей Анатольевич, Челябинская область, г. Челябинск, Инженерная школа "Сфера Знаний", старший преподаватель
Цель проекта
Сконструировать недорогого и функционального робота для анализа и очистки воздуха в бытовых помещениях, провести эксперименты, демонстрирующие его работоспособность, наглядно представить результаты, выявить перспективность установки.
Задачи
  1. Познакомиться с основами физики, химии, робототехники для создания робота анализирующего и очищающего воздух;
  2. Изучить основные источники загрязнения воздуха в бытовых помещениях;
  3. Найти стандарты качества воздуха в помещениях;
  4. Изучить информацию о методах анализа и способах очистки воздуха в бытовых помещениях из различных источников;
  5. Разработать функциональную схему робота - подобрать необходимые конструктивные элементы - откалибровать датчики для анализа воздуха;
  6. Создать в программе Autodesk Inventor Professional и распечатать на 3D принтере детали необходимые для сборки установки;
  7. Собрать робота, составить программу для считывания данных с датчиков;
  8. Провести эксперименты в различных помещениях;
  9. Предоставить результаты экспериментов.
Актуальность
Воздух мегаполисов сильно загрязнен. Огромное количество автомобилей, фабрики и заводы выбрасывают в атмосферу тонны отходов своей деятельности. В дополнение к этому, в воздухе помещений содержится огромное количество пыли, частиц шерсти и кожи животных и людей, пыльца растений. Виниловые обои, линолеум, паркетный лак, масляная краска, потолочные пенополистирольные панели и панели из ДСП выделяют фенолы, формальдегиды, эфиры карбоновых кислот и прочие опасные для человека вещества. Экологи определили, что «квартирный» воздух в 4-6 раз грязнее и в 8-10 раз токсичнее уличного. Для анализа воздуха существуют газовые анализаторы и хроматографы, но это сложные и дорогие приборы. Для личного пользования в своей квартире или частном доме необходима небольшая и недорогая установка. Это может быть робот, который перемещаясь по территории помещения и осуществляя мониторинг воздуха, определяет концентрацию пыли и наиболее опасных для человека газов. Передает информацию собственнику жилья на коммуникатор, а при превышении определенных параметров, может отправить сигнал в единую диспетчерскую службу. При этом установка может очищать воздух от определенных типов загрязнений с помощью встроенных фильтров или других устройств.
Реальность такова, что современный человек проводит до 80% своей жизни в различных помещениях. Экологи определили, что «квартирный» воздух в 4-6 раз грязнее и в 8-10 раз токсичнее уличного. В воздушной среде помещений содержится огромное количество пыли, частиц шерсти и кожи животных и людей, пыльца растений. Виниловые обои, линолеум, паркетный лак, масляная краска, потолочные пенополистирольные панели и панели из ДСП выделяют фенолы, формальдегиды, эфиры карбоновых кислот и прочие опасные для человека вещества.

Разработка и внедрение доступных, недорогих и компактных многофункциональных систем по анализу и очистке воздуха в помещениях, где находятся люди, является важной и актуальной задачей, решая которую, можно увеличить продолжительность и улучшить качество жизни человека.

Представляю созданного мною робота для анализа и очистки воздуха в помещениях. Основные конструктивные элементы: корпус автомобильной печки с вентилятором, аккумулятор радиоуправляемой машины, сменный Hepa-фильтр, две платы Sphera 74 Nano shield v.1.2 для быстрого и удобного подключения нескольких датчиков, датчик пыли Sharp GP2Y1010AUOF, датчик углекислого газа MQ-135, датчик угарного газа MQ-7, датчик формальдегида, толуола и бензола MS-1100.

Программа на языке программирования Arduino IDE позволяет считывать данные с датчиков и представлять результаты мониторинга в виде графиков.

Проведена серия экспериментов в различных помещениях, демонстрирующая работоспособность устройства. Установка перспективно может быть интегрирована в систему "умного дома" и быть доступной при строительстве как многоквартирных домов, так и при индивидуальном строительстве. При этом, можно увеличивать и варьировать количество датчиков или способов очистки, тем самым расширять спектр возможностей установки или настраивать её под конкретные задачи.
Результаты
  1. Найдена и изучена информация о составе воздуха, основных источниках загрязнения в бытовых помещениях, критериях качества воздуха, методах анализа и способах очистки воздуха в закрытых пространствах;
  2. Продумана схема робота, подобранны необходимые конструктивные элементы: корпус, двигатель, датчики, платы;
  3. Созданы в программе Autodesk Inventor Professional , и распечатаны на 3D принтере детали креплений конструктивных элементов;
  4. Для анализа воздуха в помещении подобранны датчики: датчик пыли Sharp GP2Y1010AUOF, углекислого газа MQ-135, угарного газа MQ-7, датчик MS-1100, определяющий наличие формальдегида, толуола и бензола;
  5. Собрана модель робота;
  6. Составлена программа на Arduino IDE для считывания данных с датчиков;
  7. Проведены эксперименты в различных помещениях;
  8. Результаты экспериментов представлены в виде графиков, полученные с помощью встроенной функции Arduino IDE "Плоттер последовательного порта".
Перспективность проекта
Установка может быть интегрирована в систему "умного дома" и быть доступной при строительстве, как многоквартирных домов, так и при индивидуальном строительстве. При этом можно увеличивать и варьировать количество датчиков или способов очистки и тем самым расширять спектр возможностей установки или настраивать её под конкретные задачи. Например, определить количество актуальных датчиков и расположить их в различных помещениях жилого дома, это обеспечит постоянный мониторинг воздуха, передачу данных на любое устройство. При превышении допустимых значений установка передает сигнал в соответствующую службу и команду в систему «умного дома», например, закрыть газовый клапан или открыть окна для проветривания и т.п.

Для меня более интересным и перспективным является вариант мобильного робота для анализа и очистки воздуха в помещениях. Я планирую разработать мобильную платформу, с помощью которой мой робот сможет за определенное время объезжать все помещения в квартире или доме. Платформа должна обладать функцией 3D сканера, то есть способностью анализировать границы и препятствия в помещении, а также иметь резервный источник зарядки для робота. В этом случае, такой мобильный робот-анализатор, может быть использован в помещениях опасных для человека.

Я рассмотрела варианты минимизации размеров установки, сейчас я собираю более компактную модель.

Перспективность проекта – разработка и внедрение доступных, недорогих и компактных многофункциональных систем по анализу и очистке воздуха в помещениях, где находятся люди, учатся, работают, отдыхают, и проводят большую часть своей жизни.
Видео о проекте
Расписание работы автора проекта
30 марта, вт
Диалог с экспертами
Ответы на вопросы
12:00
12:20

13:35 - 13:45

Бычков С.П.
Шубин А.Н.
30 марта, вт
12:40
13:00
13:20
Калинкин Д.А.
Трубачев Е.А.
Онищенко Д.О.

Задайте вопрос автору проекта
Обязанность отвечать на заданные вопросы остается полностью на участнике. Организаторы форума не несут ответственности за сроки получения ответа.
Заполняя данную форму Вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности сайта.
Пообщайтесь с автором в режиме реального времени
Вы можете посмотреть диалог с экспертом и задать вопросы автору в форме вебинара.
Расписание сессий приведено выше