Маленькие конструкторы «умного дома»

В начале сентября в Москве прошел российский этап международного фестиваля Maker Faire. На фестивале выступило двести участников. Мы побеседовали с самой младшей по возрасту командой, в ней — Миша и Маша Юрасовы, и Миша Максимов. Мальчикам по десять лет, а Маше – восемь.

Проект команды называется «Умный дом». Дом впечатляет с первого взгляда: в нем есть все для жизни. Здесь и комната-студия, разделенная на детскую и взрослую зону, и туалет с ванной, и кухня.

Приятные мелочи везде: гитара на стене, в ванной на полочках шампуни и расческа, на кухонном столе – пицца и чашечки с вилками. На полу –самодельные коврики, на кроватках – постельное белье, даже предусмотрены тапочки для родителей и детишек. И к тому же перед нами не просто макет дома, а макет умного дома.

«Умный дом» (smart home) — это система домашних устройств, которые решают определенные задачи без участия человека. «Умный дом» создается с целью облегчить жизнь людей, освободить их от повседневных дел, которые можно автоматизировать.

Понятие «умный дом» включает в себя: инженерную защиту от возгораний, протечек, коротких замыканий; видеонаблюдение и сигнализацию, экономию электроэнергии, газа, воды и других ресурсов,   управление светом, мультимедиа, климат-контроль и удаленное управление со смартфона.

— Ребята, расскажите, пожалуйста, что умеет ваш дом?

— Мы хотели показать, как в маленьком доме можно разместить семью из четырех человек, — рассказывает Миша Юрасов. – Для этого мы придумали убирающиеся кровати и письменный стол. В режиме «Сон» хозяин нажимает на кнопку пульта…

Миша нажимает на кнопку пульта и — кровати автоматически   раскладываются и опускается шторка, которая отделяет детские кроватки от взрослых.

— Комнату мы разделили на детскую и взрослую зоны, чтобы детям не мешал свет, — продолжает мальчик. — Я придумал также режим «Дискотека»: когда приходят гости, кровати убираются, включается светомузыка (зажигается трёхцветный светодиод), и вертится дискотечный шарик. Этот режим мы включаем вместе с Мишей Максимовым, потому что мотор и свет управляется с его телефона, а музыка – с моего пульта.   

Дискотека вносит веселые нотки в презентацию дома: вертится маленький дискотечный шар, зажигаются разноцветные огоньки, и играет музыка.

— Кровати и шторка зонирования – это механизмы, — рассказывает Миша Юрасов, — а мне хотелось использовать в доме и какой-нибудь датчик. Я придумал систему защиты от протечки воды.

Миша берет бумагу и наглядно рисует, как работает датчик протечки: «Наш датчик реагирует не на воду, а на отраженный свет. Датчик излучает свет и принимает его, когда свет вернулся отраженный от поверхности. Но вот появилась лужица…»

Миша выдавливает капельку из шприца: «…и свет преломляется, часть света уходит в стороны, обратно в датчик попадает меньшее количество света, и датчик передает меньшее число. Контроллер дает указание мотору перекрыть кран. Вы этого не видите, потому что кран в трубах, но сейчас вода уже перекрыта. На этом моя работа заканчивается, передаю слово моему другу Мише».

— А можно, пока вы не начали дальше рассказывать, спросить, почему вы включали режим «Дискотека» с разных пультов? Как я понимаю, у вас домом управляют разные микроконтроллеры?

— Все, о чем я рассказал, сделано с использованием Lego-моторов и контроллера Lego Mindstorms EV3, — говорит Миша Юрасов. — Я занимаюсь изучением программирования на Ev3, а Миша изучает микроконтроллер Ардуино.

Дискотеку полностью должен был включать Мишин контроллер, но у него пока не получилось подключить MP3-плеер. А у EV3 есть динамик и возможность играть короткие мелодии.

— Понятно, значит, вы справились с непростой ситуацией, один выручил другого. А ваши контроллеры общаются между собой?

Я читал, что EV3 можно подключить к Ардуино по Bluetooth или по I2C-шине с помощью проводов, — включается в разговор Миша Максимов. — При протечке воды тревожную сирену мог бы включать Ардуино, он принимал бы сигнал от EV3 как от датчика, но мы пока это не сделали. У нас много других идей, что можно сделать в доме: например, установить на крыше солнечные батареи, читать показания с датчиков и управлять домом в веб-приложении.

— Очень непростые у вас цели, ребята. Надеюсь, у вас все получится. Миша, а расскажи, пожалуйста, какие системы Ардуино уже есть в вашем «умном доме»?

— Я делал несколько систем: управление светом, энергосбережение, сигнализацию, климат-контроль, теплый пол. Сейчас я вам все покажу.

Миша Максимов машет ладонью перед входной дверью – и загорается «лампочка» на крыльце.

— Когда хозяин подходит к дому, его «замечает» пироэлектрический датчик и включается свет на крыльце, — рассказывает мальчик. — Когда хозяин выходит из дома и открывает дверь, герконовый датчик передает сигнал, что дверь открыта, и зажигается свет. Когда светло, свет не включается. Видите, я вам показываю и закрываю пальцем фоторезистор? Как будто на улице темно. Если в комнате становится жарко, включается «кондиционер»… Сейчас я пальцем  буду нагревать датчик температуры…

Через несколько секунд срабатывает моторчик с винтом – и нас обдувает прохладным воздухом.

Миша передает мне свой смартфон: «Всеми системами можно управлять со смартфона. Хотите включить свет в ванной или на кухне? Со смартфона можно управлять теплым полом, режимом «Дискотека» и сигнализацией. Если кто-то чужой заходит в дом и пересекает луч лазера, срабатывает «сирена» (пьезодинамик). Это система безопасности уже не применяется, используются датчики движения. Я выбрал лазер, потому что с лазерным лучом наглядно видно, когда срабатывает сигнализация. Ну и просто я люблю лазеры».

— Спасибо вам, ребята, за интересный рассказ с демонстрацией. А как вы придумали свой проект? С чего все начиналось?

— Мы познакомились на конкурсе научно-технических проектов, — рассказывает Миша Юрасов. — Я выступал с роботом-помощником, он сам складывал рубашки. А Миша Максимов защищал проект «Умный дом». Мы познакомились, я рассказал Мише о выдвижных кроватях, оказалось, он мечтал о механизмах в своем доме, но у него нет деталей, из которых можно это сделать. У нас возникла идея сделать совместный проект из конструктора Лего. Все спрашивают, откуда вы взяли столько белых кубиков? У нас дома очень много Лего, даже покупать ничего не пришлось. И мы придумали, как встроить Мишины датчики и моторчики, прикрепить к стене Ардуино, убрать с глаз провода.

— Да провода – это отдельная тема! – в разговор вступил Миша Максимов, — я совсем забыл вам рассказать. Проводов было очень много, чтобы их сократить пришлось паять удлинители. Я их назвал Ежик-пады, потому что они похожи на ежиков. Ох и навозился я с ними, раза три переделывал! Они находятся под полом дома, а дом  — видите? — на ножках. Теперь от каждого устройства к контроллеру тянется не три провода как раньше: сигнальный, питание и «земля», а только сигнальный. Питание и «земля» подводятся к Ежик-падам, а от них уже к каждому датчику и устройству.

— До встречи с Мишей и Машей у меня был не такой красивый дом, — продолжил Миша Максимов, — в нем была электроника, но на дом он был мало похож. Маша занимается рисованием и рукоделием, она помогала нам сделать дом уютнее. Все эти приятные штучки – это ее рук дело. А мне очень нравятся унитазик и пицца!

И ребята дружно рассмеялись.

— Маша, ты – единственная девочка в команде, к тому же ты младше мальчиков на два года, расскажи, пожалуйста, интересно ли было тебе заниматься домом?

— Мне понравилось делать проект с мальчиками, — ответила Маша, — я узнала много нового. Сначала было трудно, надо было изучить перспективу, цветовой круг, научиться технике рисования эскизов. Мы с мамой нарисовали очень много эскизов интерьеров и цветовых вариантов. Я сейчас вам покажу небольшое видео, как я рисую (см. ниже). А коврики, которые всем нравятся, мы сделали из маминых носков. Остальные детальки нашлись в моих кукольных домиках.

— Замечательное видео! Ребята, наверное, на фестивале ваша работа впечатлила зрителей, как и меня. Напоследок вопрос вашим родителям: где ваши дети обучаются робототехнике? Как вы организовали работу над проектом?

—  Конструктор Lego Mindstorms EV3 нам подарили, — рассказала Елена Юрасова, мама Миши и Маши, — и до конкурса мы занимались самостоятельно по книгам и обучающим видео. На конкурсе дети увидели, как много всего можно придумать самим без инструкций. У ребят появилась идея создания общего проекта. А когда работаешь в команде, то и процесс создания проекта протекает гораздо интереснее. Мы ездили друг к другу в гости, конструировали, паяли, планировали дальнейшие действия и, конечно, потом играли – как без этого? В перерывах между встречами все члены команды понимали, что нужно старательно работать над проектом, иначе подведем друзей. Общая ответственность очень помогает, не даёт лениться.

Папа Миши Максимова добавил: «Мы тоже занимались сами. Поначалу изучение Ардуино у нас двигалось очень медленно, потому что сразу приходится изучать и основы радиоэлектроники, и программирование на C. Мы год топтались на включении светодиодов, сожгли немало устройств и радиодеталей. Потом наша мама придумала участвовать в конкурсе проектов. Нам тогда до умного дома было как до Луны, но именно эта работа сдвинула нас с мертвой точки. Мы старались, чтобы Миша делал сам, когда не получалось, изучали тему, добивались, чтобы понял и сделал. Теперь он нашел хорошего друга по интересам. Обмен опытом, командная работа – это не менее важно для детей, чем знания».

Я начала благодарить всех за приятное знакомство и познавательную беседу, как тут ребята сказали: «А мы вас тоже хотим спросить! Можно? Вы хотели бы жить в таком доме?» Конечно, я ответила положительно, и ответ был совершенно искренен.

Текст — Мария Максимова, фото и видео Елены Юрасовой.

Теги: arduino проект, Lego проект, Maker Fair, Москва, проект, умный дом