ыапыип. Приложение 1. Научная работа аннотация научной работы отзыв научного руководителя сведения об авторе и научном руководителе
 Скачать 4.06 Mb.
|
|
Приложение 1
Приложения на каждую работу: научная работа; аннотация научной работы; отзыв научного руководителя; сведения об авторе и научном руководителе; протокол конкурсной комиссии вуза по специальности. Моделирование 3D объекта «метеостанция» Введение В эре компьютеризации, когда всё связанно с поиском информации обучающих материалов и программ сложно сразу найти и устроить свой путь по получении качественных знаний в сфере 3D моделирования. Это проблема довольно остро стоит в учебных заведениях, когда нужной техники бывает достаточно, но специалисты по данной сфере только-только начинают своё становление как опытных, конкурентно способных специалистов. Эту проблему можно решить с помощью курсов по 3D моделированию и применению в области печати своих навыков. Но, прежде, чем начать учащийся должен четко знать зачем ему нужно 3D моделирование и с какой целью в дальнейшем он будет использовать свои навыки. Ведь есть множество ответвлений в сфере 3D моделировании. 3D моделирование — это не только умение пользоваться программами, но и умение представить объект со всех сторон. Ученик должен представить объект своей модели как он будет выглядеть буквально в реальном мире и перенести его копию в редактор трёхмерного пространства. Нужны навыки такие как: ориентированность, умение представлять конечный результат объекта, обладать программами навыками и в конечном итоге сделать объект осязательным. 3D моделирование довольно прочно вошло в нашу жизнь в разных аспектах. Сейчас дизайнеры, проектировщики, аниматоры и многие другие профессии не представляют свою работу без визуализации в виде 3D модели. Целью данной работы является создание 3D модели в виде проекта метеостанция. Мы рассмотрим множество видов создания корпусов, дизайнов и проектов для реализации объекта. Опишем поэтапно создание проекта и запустим его. Рассмотрим разные возможности при создании и решение проблем, которые могут возникнуть. Актуальность В нашей эпохе и дети и взрослые не представляют, как можно было обходиться без возможности выбора разных дизайнов домашних предметов, мебели, бытовых мелочей и дизайнерских предметов декора. Воображение - одна из интересных и бескрайних возможностей у детей школьного возраста. Дети не только познаются и созерцают всё что видят, но и пытаются его изменить и преобразовать в лучшую сторону. Благодаря воображению дети могут придумывать и совершенствовать свои идеи и реализовывать их на своих проектах. Существует различные виды моделирование, но мы должны устремить своё внимание на компьютерном моделировании, так как с помощью него мы можем наглядно показать свою задумку и сделать её в трёхмерном пространстве. Основные навыки по 3D моделированию помогут быть успешным в различных проектах, откроют большие возможности в поиске работы построение карьеры в дальнейшем. Мой проект поможет всем новичкам построить свой проект и реализовать его без особых трудностей. Ведь, в наше время много разной информации от которой не все могут получить нужное и отсеять не нужное им. В век цифровых технологий, всем известно, что прогноз погоды можно узнать по телевидению, радио, посмотреть в интернет ресурсах. Возникает довольно очевидный вопрос: зачем нужна метеостанция? Во-первых, домашняя метеостанция поможет начинающим садоводам правильно ухаживать за растениями и проверять все показатели в любое время. Так как данный проект компактен и его легко переносить, вы сможете без труда использовать его для расчёта показателей с разных помещений и выбрать оптимально удобный вариант. Во-вторых, метеостанция может точно определить уровень загрязнения воздуха, что при домашнем использовании довольно важно, так как при сидящем образе жизни в одном замкнутом помещении люди не всегда помнят о том, как часто нужно проветривать комнату и освежать помещение. Датчик углекислого газа также полезен для тех групп людей, у которых есть проблемы и болезни дыхательных путей. В наше время, когда загрязнение воздуха является одной из наиболее важной проблемой для населения, количество людей с болезнями дыхательных органов резко возрастает. В таком случае устройство, которое будет стоять рядом и будет считывать самые важные показатели воздуха: влажности, загрязнение, температуры поможет настроить другие устройства на нужный показатель. Например, подключить увлажнитель воздуха или выключить отопление. Так как метеостанция помогает узнать погодные условия в локальном месте. Домашняя метеостанция позволяют получать точную и подробную информацию о текущем состоянии и прогнозе погоды непосредственно в месте её расположения. Контроль влажности и температуры в помещениях позволит жить в комфорте и поможет сохранить здоровье. Эти показатели влияют на нас сильнее, чем кажется: если уровень влажности воздуха выше 60%, в доме начинает появляться плесень, размножаются пылевые клещи. Если ниже – сохнет кожа и слизистые, могут потрескаться губы. А ещё, когда в квартире сухой воздух, ОРВИ протекает тяжелее – именно поэтому простудившимся пациентам врачи советуют дышать паром. Для метеозависимых людей очень важно знать заранее об изменении температуры, влажности, но особенно – атмосферного давления. Резкая смена погоды очень негативно сказывается на самочувствии многих людей.  Для функциональности также добавим дату и время. Для этого нужно приобрести дополнительно датчик реального времени. Или делать без него. Также можно поставить wi-fi и синхронизировать время и дату через интернет напрямую, но тогда эти показатели буду зависеть от качества интернет подключения. Основная часть Процесс создания трёхмерной модели состоит из множества пунктов. Объектом в трёхмерном пространстве могут быть самые разные: от машин до проектов домов, от деталей для двигателей до игрушечных деталей для детей. Выбор программы для проектирования 3D модели в таком деле очень важно. От выбора программы будет зависеть ваша работа и возможности, которое предоставляет программа даёт нам шанс учиться или улучшить наши навыки. Программы для работы есть самые разные от простых фигурных моделей до сложных архитектурных построений состоящие из множества мелких деталей. Мы должны не только чётко описывать предметы, знать их характеристики, размер, площадь, диаметр и т.д. Это касается, как и уменьшенных копий предметов, так и деталей которые мы планируем использовать в реальном размере в печати и планировании. При создании любого проекта нужно выбрать инструменты и выбрать основные программы для работы. Проект «Метеостанция» хранит в себе разные сложности, такие как правильная расстановка всех датчиков в корпусе при этом компактность и функциональность. В нашем случае вначале определим все составляющие части нашего проекта. Затем построить корпус где все части будут удобно и продуктивно выполнять свою работу. И так метеостанция состоит из: датчиков, дисплея экрана, пространства для батареи, разъёмов для датчиков, экрана и входа для питания батареи и вентиляции.  Основные функции метеостанции: Большие часы Дата Температура воздуха Влажность воздуха Атмосферное давление (в мм.рт.ст.) Углекислый газ (в ppm) Прогноз осадков на основе изменения давления Построение графиков показаний с датчиков за час и сутки Индикация уровня CO2 трёхцветным светодиодом (общий анод/общий катод, настраивается в прошивке) Переключение режимов сенсорной кнопкой Расположение некоторых датчиков нужно соблюдать крайне осторожно, так как в замкнутом пространстве должны находиться множество датчиков при этом не мешать работе друг другу. Мы должны понимать, что некоторые датчики могут нагревать корпус при длительной работе, поэтому такой датчик как показатель температуры не должен стоять рядом с ним. Сенсорная кнопка не должна плотно прилагать к корпусу, так как чувствительность при плотном соприкосновении теряется либо совсем исчезает. Датчики углекислого газа и температуры должны стоять рядом с доступом к воздуху. Этим датчикам не должно мешать работа других. Ниже приведу примеры положение всех датчиков, с минимальной погрешностью:   Для более точного расположения всех датчиков, нужно заранее распределить варианты нахождение в корпусе и предусмотреть надежное крепление, это могут быть холодные клеи, клейкая бумага, скотч или другие клейкие предметы. Горячие клеи не подходят для данного устройства, так как запаянные контакты могут расплавиться или сгореть. Программирование  Данное устройство было сделано на основе платы Arduino Nano. это отладочная плата небольшого размера, которая входит в тройку лидеров по популярности среди радиолюбителей-программистов. Несмотря на свой скромный размер, она практически ничем не уступает нашумевшей Arduino Uno по функционалу и может использоваться в проектах, где габариты играют существенную роль. Как видно из вышеприведенного рисунка, для общения с внешним миром в этой плате предусмотрены штыревые колодки. Это удобно для макетирования, но при желании их можно не устанавливать. В таком случае провода к нужным выводам припаиваются напрямую. Также штыревые колодки нужны при использовании в проекте специализированных плат расширения (шилдов), которых для данной модификации Arduino придумано огромное множество. Так как мы используем не штыревые колодки, а пайку, нужно иметь некоторые навыки для такого сложного и деликатного дела. Если есть некоторые сомнения при работе можно соединить штыревые колодки.  Данная схема поможет быстро разобраться пайкой и сделать это более быстро и продуктивно. Важно при пайке соблюдать технику безопасности и проверять все несколько раз. От правильности пайки зависит правильность работы всей программы.  Все контакты при пайке должны быть соединены должным образом. На картинке пример пайки и соединение штыревых колодок. Начальный код: RESET_CLOCK 0 // сброс часов на время загрузки прошивки (для модуля с несъёмной батарейкой). Не забудь поставить 0 и прошить ещё раз! SENS_TIME 30000 // время обновления показаний сенсоров на экране, миллисекунд LED_MODE 0 // тип RGB светодиода: 0 - главный катод, 1 - главный анод // управление яркостью BRIGHT_CONTROL 1 // 0/1 - запретить/разрешить управление яркостью (при отключении яркость всегда будет макс.) BRIGHT_THRESHOLD 350 // величина сигнала, ниже которой яркость переключится на минимум (0-1023) LED_BRIGHT_MAX 255 // макс яркость светодиода СО2 (0 - 255) LED_BRIGHT_MIN 10 // мин яркость светодиода СО2 (0 - 255) LCD_BRIGHT_MAX 255 // макс яркость подсветки дисплея (0 - 255) LCD_BRIGHT_MIN 10 // мин яркость подсветки дисплея (0 - 255) BLUE_YELLOW 1 // жёлтый цвет вместо синего (1 да, 0 нет) но из за особенностей подключения жёлтый не такой яркий DISP_MODE 1 // в правом верхнем углу отображать: 0 - год, 1 - день недели, 2 - секунды WEEK_LANG 1 // язык дня недели: 0 - английский, 1 - русский (транслит) DEBUG 0 // вывод на дисплей лог инициализации датчиков при запуске. Для дисплея 1602 не работает! Но дублируется через порт! PRESSURE 1 // 0 - график давления, 1 - график прогноза дождя (вместо давления). Не забудь поправить пределы гроафика CO2_SENSOR 1 // включить или выключить поддержку/вывод с датчика СО2 (1 вкл, 0 выкл) DISPLAY_TYPE 1 // тип дисплея: 1 - 2004 (большой), 0 - 1602 (маленький) DISPLAY_ADDR 0x27 // адрес платы дисплея: 0x27 или 0x3f. Если дисплей не работает - смени адрес! На самом дисплее адрес не указан // пределы отображения для графиков TEMP_MIN 15 TEMP_MAX 35 HUM_MIN 0 HUM_MAX 100 PRESS_MIN -100 PRESS_MAX 100 CO2_MIN 300 CO2_MAX 2000 3D Моделирование Создание 3D модели корпуса может быть самыми разными. Некоторые примеры и креативные работы размещаю ниже.   Известно, что обязательным условием для 3D-печати является наличие 3D-модели, по которой принтер будет выращивать трехмерный объект. Но, даже смоделировав предмет, не стоит со стопроцентной уверенностью полагать, что дело сделано, и скоро принтер выдаст вам готовое изделие. Дело в том, что не все модели пригодны для 3D-печати. Есть определенные требования к размерам, толщинам и дизайну моделей – причем эти требования варьируются в зависимости от используемого материала и принтера. Кроме этих индивидуальных характеристик, есть и общие требования, которые отличают модели для печати от других 3D-моделей. И сейчас мы подробнее расскажем о том, как подготовить модель для 3D-печати. Программное обеспечение для 3D-моделирования позволяет создавать 3D-модели на компьютере. Конечно, если вы не хотите создавать собственную 3D-модель, вы можете скачать 3D-модели сделанные другими — их много на сайтах. Просмотр, редактирование и ремонт моделей для печати в формате STL. Независимо от того, создаете ли вы свою собственную 3D-модель или загружаете ее из интернета, чаще всего вы получаете STL-файл. Однако не все файлы STL идеальны, а некоторые могут иметь и явные недостатки. Дефекты моделей приводят к браку или сбоям при печати. Программное обеспечение просмотра, редактирования и ремонта файлов STL позволяет визуализировать, изменять и исправлять файлы STL, чтобы гарантировать, что они готовы к 3D-печати. Обычно такое ПО совмещено со следующей разновидностью программ для 3D-печати — слайсерами. Пластик для печати на 3D принтере, нужно использовать подходящий для вашего принтера. Какие виды пластика мы используем для печати корпуса для нашей метеостанции? В данном случае рассмотрим виды пластиков: Пластик для 3D печати, или филамент, производится в виде тонкой нити, диаметром 1,75 мм и 3 мм. Чаще всего в базовой комплектации применяются нити толщиной 1,75 мм, но некоторые производители 3D принтеров предоставляют возможность установить систему подачи трехмиллиметрового пластика. Пластик для 3D печати насчитывает немало разновидностей, среди которых самыми распространенными являются ABS и PLA пластик. Рассмотрим настройки для рассмотрим настройки для 3D печати на примере программы Cura:  Cura — программное обеспечение для 3D-принтеров Ultimaker, также его можно использовать с большинством других 3D-принтеров. Его исходный код открыт, а функционал может быть расширен через систему плагинов.Это простое в использовании ПО позволяет управлять основными параметрами 3D-печати через простой интерфейс. Начните в режиме «Основной», где можно выбрать настройки качества печати. Если нужно более точное управление настройками качества печати, перейдите в режим «Эксперт». Cura может непосредственно управлять 3D-принтером, для он должен быть подключен к ПК в течение всего времени печати. Перед тем как начать создавать модель для 3D-печати, важно понять, из какого материала вы хотите печатать изделие. У каждого материала есть свои индивидуальные особенности для 3D-моделирования - максимальный и минимальный размеры модели, толщины стенок, расстояние между подвижными частями и т.д. Все эти характеристики должны будут соблюдены при печати, так как от этого зависит качество печати. И время которое вы потратите на печать корпусов. Обратите внимание, что не каждый принтер поддерживает весь спектр материалов для 3D печати. Перед покупкой конкретного филамента уточните характеристики собственного устройства во избежание напрасного расхода средств. Дальше дело только за вами и вашей фантазией. В продаже доступен огромный спектр цветов и оттенков пластика, матовые и глянцевые, полу- и полностью прозрачные материалы. Такое разнообразие позволит изготовить практическое любое изделие на ваш вкус. Итог  (В приложении к данной работе прилагается видео с наглядной работой метеостанции) Данный проект наглядно показывает, как имея базовые навыки в программировании и в компьютерном моделирование уже начинать делать качественные и интересные проекты. Мой проект метеостанция, поможет разобраться с различными датчиками, программированием, построить свою модель корпуса и правильно расположить, конструировать и правильно планировать работу. Как говорилось вначале, целью проекты было развить главные навыки и указать путь к дальнейшим действиям. Ведь в дальнейшем можно модернизировать и улучшать. Это только первый шаг на пути к улучшению навыков и приобретению новых. В дальнейшем как для проекта можно добавить новые датчики, синхронизировать датчики и устройство с альтернативными устройствами, такими как увлажнитель воздуха, кондиционер, вентиляцией и тп. Данный проект отлично подходит для начального толчка как для начинающих программистов, так и для 3D моделирования. Так как для 3D принтинга это хорошая возможность отточить свои навыки. Научиться не сложным проектам и реализовать его в реальном времени. Работа вначале состоит из планирования и визуализации всего что мы должны реализовать. Мы должны четко описывать и понимать работу всего механизма. При проектировании работы, нужно иметь хорошее воображение. Далее четкое планирование расположения датчиков, способы подключений их к модулю, и проверка работы основных функций. Здесь нужна точная и без спешная работа, так как один неверный шаг может порушить всё и начинать нужно будет с самого начала. На этом этапе важно всё проверить несколько раз и не делать поспешных решений. Если есть сложности с пайкой или недостаточно, по вашему взгляду навыков, попросить помощи у тех, кто знает. Работа с датчиками еще включает в себе поиск тех самых датчиков которые вам нужны. Некоторые из них могут не оказаться в наличии или попросту не быть в магазинах. Нужно заранее продумать это и заказать или узнать где можно приобрести их. На 3D моделировании лучше всего изучить несколько программ и выбрать для себя основную, так как дальнейшая работа и удобство будут зависеть от программы. Также это будет хорошим опытом, так как вы будете иметь в арсенале несколько альтернативных вариантов программ всегда. Что в свою очередь откроет еще больше возможностей в работе далее. Хорошо изученные конфигурации по 3D принтеру помогут работать на разных типах принтеров. Можно использовать разные материалы для каждого проекта или сделать несколько видов корпусов для одного проекта. Новичкам можно вначале взять готовый проект и распечатать его, но дальнейшая работа будет вынуждать научиться рисовать и моделировать свои объекты. Проект даёт новые возможности и открывает двери для более сложных устройств которые мы сможем делать в дальнейшем. При создании такого проекта как домашняя метеостанция вы сможете получать информацию с устройства и всегда видеть свои недостатки и улучшать их в любое время. В будущем вы будете создавать другие проекты, которые будут более сложнее и масштабнее, но при начинании с метеостанции вы уже будете иметь в багаже знания, с которыми можно делать уже свои идеи. Примечания: Как показал эксперимент, снаружи корпуса датчик температуры показывает на 0.5 градуса меньше, чем внутри! Нужно более удачно компоновать электронику, отводить и экранировать тепло от греющихся элементов Если дисплей показывает слишком тускло/на белом фоне На плате драйвера дисплея (к которой подключаются провода) есть крутилка контрастности, с её помощью можно подстроить контраст на нужный. Также контрастность зависит от угла взгляда на дисплей (это же LCD) и можно настроить дисплей на чёткое отображение даже под углом “дисплей на уровне пупка, смотрим сверху”. А ещё контрастность сильно зависит от питания: от 5V дисплей показывает максимально чётко и ярко, тогда как при питании от USB через Arduino напряжение будет около 4.5V (часть падает на защитном диоде по линии USB), и дисплей показывает уже не так ярко. Вывод настраивайте крутилкой при внешнем питании от 5V! Если отстают часы, проблема скорее всего в питании схемы. Если при смене блока питания на более качественный проблема не уходит, повесьте конденсатор по питанию RTC модуля (прям на плату на VCC и GND паять): обязательно керамический, 0.1-1 мкФ (маркировка 103 или 104, смотрите таблицу маркировок). Также можно поставить электролит (6.3V, 47-100 мкФ) |