Inžinerinė veikla 2021 m. pavasario semestro metu

Straipsnio autoriai: Tautvydas Pilelis ir Arvydas Kromelis

2021-ųjų pavasario semestrą KTU studentų mokslinėje draugijoje buvo organizuojami ne tik renginiai, bet ir užsiimta inžinerinių projektų konstravimu. Pavasarį buvo konstruojami netgi trys projektai: dronas, gestais valdoma mašinėlė ir meteorologinė stotelė. 

Gestais valdoma mašinėlė – šio projekto tikslas buvo sukonstruoti žmogaus gestais valdomą  mašinėlę bei sukurti specialų pultelį jai valdyti. Pultelis yra uždedamas ant rankos ir pagal tai, kiek ranka yra pasvirusi į atitinkamą pusę, mašinėlė važiuoja ta kryptimi, pvz: jei ranka palenkta į priekį, tada mašinėlė važiuos tiesiai, jei ranka palenkta į kairę – mašinėlė važiuos į kairę pusę. 

Konstravimas vyko trimis etapais: pradžioje buvo piešiami eskizai bei ieškomas tinkamas dizaino sprendimas, kaip viskas turėtų veikti bei kaip reikėtų sujungti sensorius, maitinimą ir mikrovaldiklį, kad turėtume veikiantį produktą. Projektui taip pat reikėjo korpuso, kuriame bus sudėta elektronika bei varikliai su baterija. Antrame etape konstravomę mašinėlės pagrindą, kuriame surinkome važiuoklę ir reikalingą elektroniką, kad mašinėlė važiuotų, o korpusas buvo daromas iš specialiai supjaustytų faneros plokščių. Dėl stipresnių laidų jungčių juos reikėjo sulituoti bei tinkamai izoliuoti, norint išvengti trumpų jungimų. Kad galėtume kontroliuoti šį inžinerinį projektą per atstumą, mašinėlei reikėjo komunikavimo priemonės, todėl panaudoję Bluetooth modulius galėjome išspręsti šią problemą. 

Sulitavus mašinėlės prototipą buvo tęsiami pultelio prototipavimo darbai, nes jis turėjo būti pakankamai lengvas ir patogus. Kad pultelis tinkamai atliktų savo funkciją, buvo naudojamas giroskopo modulis. Pultelis nuskaito, kokiu kampu yra pasvirusi ranka, ir šią išmatuotą reikšmę paverčia elektriniu signalu, kurį nesudėtingai apdoroja „Arduino“ valdiklis. Įkomponavę šį modulį į valdymo pultelį įvykdėmė rankos palenkimo nuskaitymą ir mašinėlės valdymą. 

Galiausiai, pabaigę antrąjį etapą, priėjome prie paskutiniojo, t.y. programavimo. Programuojama buvo „Arduino“ platformoje, nes ji yra ganėtinai patogi ir internete galima rasti daug pagalbinės medžiagos. Pagrindinis programos tikslas buvo susieti du atskirus modulius tarpusavyje. Reikėjo padaryti, kad Bluetooth moduliai tarpusavyje susisietų, o pultelio siunčiamas į mašinėlę signalas būtų teisingai interpretuojamas bei atliktų teisingus veiksmus. Pultelyje įdiegėme papildomą savybę – reguliuojamo greičio svirtelę, kuri leido riboti maksimalų greitį.

• 

• 

Dronas – tai nuotoliniu būdu pilotuojamas nedidelis orlaivis, kuriam valdyti reikia specialaus pultelio. Šiam projektui reikėjo specialių detalių, kad jis tvarkingai veiktų, nes, pavyzdžiui, panaudojus netinkamus variklius, dronas nepakiltų nuo žemės. Šis projektas buvo šiek tiek paprastesnis, nes turėjome rėmo dalis, kurias reikėjo surinkti. Svarbu, kad rėmas būtų lengvas bei tvirtas, nes blogai pilotuojant, jis gali nukristi ir sulūžti. 

Surinkus rėmą, teko uždėti specialius variklius bei prie jų primontuoti anglies pluošto propelerius, kurie yra ypač tvirti. Uždėję propelerius sujungėme ir kitus likusius komponentus: pagrindinį valdymo bloką, antentą bei bateriją. Konstruojant droną negalima nutiesti bet kokių laidų iki variklio, nes šie varikliai yra galingi ir reikalauja daug elektros srovės, dėl to laidai gali labai įkaisti. Projekte buvo naudojami specialūs silikoniniai, karščiui atsparūs laidai, kurie pilotuojant droną atlaiko didelę srovę. 

Skrydžio valdymo plokštės programinei įrangai atnaujinti buvo naudojama „Betaflight“ programinė įranga. Buvo sukurtas „Horizon mode“ skraidymo režimas, kuris palengvina valdymą pradedantiesiems pilotams.

• 

• 

Meteorologinė stotelė – tai yra dėžutė, atspausdinta su 3D plastiku, o jos viduje įdėti sensoriai, kurie matuoja aplinkos rodmenis ir siunčia juos į internetinį tinklalapį. Projektas buvo pradėtas siekiant sukurti „Studentų mokslinės draugijos“ patalpose oro sąlygų stebėjimo sistemą. Šios funkcionalumą planavome pasiekti pasinaudoję 3 tipų jutikliais: 

• „AM2302“– skirtą temperatūros, oro drėgnio, bei slėgio fiksavimui;

• „MQ – 2“ – skirtą nuodingų dujų nutekėjimo aptikimui;

• „MQ 135“ – skirtą CO2 dujų bei dūmų koncentracijos ore kiekio įvertinimui. 

Duomenų apdorojimui planavome panaudoti „Arduino Uno“ arba „ESP8266“ mikrovaldiklius, kurie, pastebėję kritines temperatūros, CO2 koncentracijos, nuodingų dujų, dūmų ar oro drėgnio vertes, praneštų patalpose esantiems žmonėms, jog reikia imtis atitinkamų veiksmų.

Šiuo metu iš „AM2302“ jutiklio gaunamą informaciją gebame pateikti per 20-ies stulpelių ir 4-ių eilučių,  „I2C“ sąsajos valdomą „LCD“ ekraną. Tačiau dėl sudėtingo „MQ – 2“ ir „MQ 135“ jutiklių paruošimo vis dar negalime išgauti realybę atitinkančio CO2 , nuodingųjų dujų bei dūmų koncentracijos ore kiekio. 

Išvedant duomenis į „LCD“ ekraną tuo pačiu buvo bandyta juos perkelti ir į organizacijos oficialų tinklalapį (https://smd.ktu.lt/), kur juos galėtų matyti kiekvienas svetainės lankytojas, bet tam vis dar neturime sprendimo. Projekto planavimo stadijoje buvome nusprendę, jog duomenų perkėlimas iš meteorologinės stotelės į „KTU SMD“ tinklalapį turėtų būti įvykdomas „ESP8266“ mikrovaldikliui, kuris geba prisijungti prie „Wi-Fi“ tinklo, patalpinti informaciją į savo paties sukurtą tinklalapį, iš kurio vėliau pašalinėmis programomis viską būtų galima ištraukti ir patalpinti į „KTU SMD“ svetainę. Tačiau dėl „ESP 8266“ sukurto tinklalapio prigimties tai padaryti tikrai nelengva. Taigi, šiuo metu yra ieškoma duomenų perkėlimo alternatyvų bei yra bandoma išsiaiškinti kaip tinkamai paruošti „MQ 135“ bei „MQ – 2“ jutiklius. 

Šio projekto rezultatas turėtų būti fizinė dėžute, kurioje bus patalpinti visi jutikliai bei mikrovaldiklis, dėžutės priekinėje pusėje bus įstatytas „LCD“ ekranas. Taipogi prie viso įtaiso bus prijungtas elektroninis skambutis, kuris garsu praneštų apie tai, jog buvo pasiekta viena ar daugiau kritinių oro sąlygų verčių.

• 

•