Hosted by OSOS , contributed by ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ on 27 April 2019
Ομάδα τεσσάρων μαθητών του Γυμνασίου - ΛΤ Αλοννήσου δημιουργεί ασύρματο δίκτυο δασοπροστασίας που περιλαμβάνει έναν κεντρικό σταθμό βάσης που λαμβάνει τα δεδομένα και τρεις υποσταθμούς ανίχνευσης φωτιάς που στέλνουν δεδομένα ασύρματα από απόσταση της τάξης του 1 km στο σταθμό βάσης.
Οι υποσταθμοί τοποθετούνται στο δάσος. Τα δεδομένα που υπολογίζουν οι υποσταθμοί είναι: Σχετική υγρασία, θερμοκρασία, παρουσία καπνού και παρουσία φλόγας. Τα δεδομένα στέλνονται ασύρματα στο σταθμό βάσης. Όταν υπάρχει πιθανότητα πυρκαγιάς, ενεργοποιείται ηχητικός συναγερμός και αποστέλλεται SMS στον υπεύθυνο πυρόσβεσης. Ο ένας υποσταθμός τροφοδοτείται από φωτοβολταϊκό στοιχείο.
Το project υλοποιείτε στα πλαίσια του 5ου κύκλου του προγράμματος STEMpowering Youth.
Αισθάνομαι
Η Αλόννησος είναι ένα νησί με πλούσια βλάστηση με το πεύκο να κυριαρχεί. Η παρουσία του πεύκου και το ξηρό περιβάλλον του Καλοκαιριού αυξάνουν τον κίνδυνο εκδήλωσης πυρκαγιάς. Πέρυσι στο νησί μας εκδηλώθηκε πυρκαγιά στο δάσος η οποία έσβησαν γρήγορα οι πυροσβέστες επειδή έγινε γρήγορα αντιληπτή. Στην ίδια περιοχή όμως, σε σύντομο διάστημα εκδηλώθηκε ξανά πυρκαγιά που έκαψε μεγάλο τμήμα του πευκοδάσους. Αυτή τη φορά δεν υπήρξε έγκαιρη ενημέρωση για την εκδήλωση της φωτιάς.
Αντιλαμβανόμαστε πόσο σημαντική είναι η έγκαιρη ενημέρωση για την εκδήλωση πυρκαγιάς στο δάσος και η ταχύτατη αντιμετώπιση της. Μια πυρκαγιά στο δάσος όμως μπορεί να γίνει αντιληπτή αφού περάσει αρκετός χρόνος από την εκδήλωσή της.
Επομένως, η δημιουργία ενός συστήματος που μπορεί να αντιλαμβάνεται φωτιά στο δάσος και να ενημερώνει άμεσα για το γεγονός είναι πολύτιμο για την προστασία του δάσους. Και δυστυχώς, τέτοιο σύστημα στην Αλόννησο δεν υπάρχει.
Φαντάζομαι
Η έγκαιρη ενημέρωση για εκδήλωση φωτιάς είναι πολύτιμη.
Ένας τρόπος να γίνει αυτό είναι να υπάρχουν υποσταθμοί τοποθετημένοι σε απόσταση μεταξύ τους μέσα στο δάσος ώστε να συλλέγονται δεδομένα και να αποστέλλονται ασύρματα. Η αύξηση της θερμοκρασίας σε συνδυασμό με την μείωση της υγρασίας μπορεί να σημαίνει εκδήλωση φωτιάς. Η ύπαρξη φλόγας και καπνού το ίδιο. Ιδανική θα ήταν η ύπαρξη κάμερας αλλά αυτό ξεφεύγει από τις δυνατότητές μας.
Η ομάδα μας αποφάσισε να κατασκευάσει ένα δίκτυο δασοπροστασίας που περιλαμβάνει:
- έναν κεντρικό σταθμό βάσης που λαμβάνει τα δεδομένα και
- τρεις υποσταθμούς με αισθητήρες που στέλνουν δεδομένα ασύρματα από αρκετά μεγάλη απόσταση.
Στο σταθμό πρέπει να ενεργοποιείτε ηχητικός συναγερμός όταν υπάρχει μέτρηση που μπορεί να προδίδει την ύπαρξη πυρκαγιάς. Έτσι δεν απαιτείται να βρίσκεται συνεχώς κάποιος μπροστά στην οθόνη του υπολογιστή. Επίσης, μπορεί ο σταθμός βάσης να στέλνει SMS στον υπεύθυνο πυρόσβεσης ώστε να διερευνάται η πιθανότητα εκδήλωσης πυρκαγιάς.
Για να λειτουργεί συνεχώς ένας υποσταθμός στο δάσος, είναι απαραίτητη η τροφοδοσία του με φωτοβολταϊκό σύστημα που θα φορτίζει μια μπαταρία ώστε να υπάρχει ενέργεια και το βράδυ.
Δημιουργώ
Αποφασίσαμε να κατασκευάσουμε έναν σταθμό βάσης και τρεις υποσταθμούς.
Ο σταθμός βάσης χρειάζεται:
Μικροεπεξεργαστή Arduino
Πομποδέκτη
Βομβητή
SIM900A: GSM Module
Η τροφοδοσία του γίνεται από τον υπολογιστή.
Κάθε υποσταθμός αισθητήρων χρειάζεται:
DHT11: Αισθητήρας θερμοκρασίας και υγρασίας
KY-026: Αισθητήρας φλόγας
MQ-2: Αισθητήρας καπνού
Πομποδέκτη
Φωτοβολταϊκό στοιχείο και επαναφορτιζόμενη μπαταρία
Ξύλα για την κατασκευή του κουτιού που θα φιλοξενεί τους αισθητήρες
Λόγω κόστους θα τοποθετήσουμε φωτοβολταϊκό στοιχείο μόνο στον έναν υποσταθμό. Οι άλλοι δύο θα τροφοδοτηθούν με απλή μπαταρία 9V.
Κατασκευή κουτιών αισθητήρων του υποσταθμού
Κατασκευάστηκε από ξύλο. Του δόθηκε σχήμα στέγης σπιτιού ώστε να αντέχει στη βροχή. Ευτυχώς σε αυτό μας βοήθησαν οι συμμαθητές μας. Στο εσωτερικό του κατασκευάσαμε βάση να στηρίξουμε τα ηλεκτρονικά και ανοίξαμε τις απαραίτητες τρύπες για τους αισθητήρες και την κεραία του πομπού.
Βάψαμε τους υποσταθμούς με έντονα αλλά διαφορετικά χρώματα ώστε να τους ξεχωρίζουμε και τους ονομάσαμε Α, Β, και C για τα χρώματα κίτρινο, πορτοκαλί και μπλέ αντίστοιχα..
Γράψαμε τον κώδικα κάθε υποσταθμού. Το arduino διαβάζει τα δεδομένα των αισθητήρων και κάθε 10 s εκπέμπει τα δεδομένα σε μορφή:
Α: ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ, ΥΓΡΑΣΙΑ, ΕΝΔΕΙΞΗ ΑΙΣΘ. ΚΑΠΝΟΥ, ΕΝΔΕΙΞΗ ΑΙΣΘ. ΦΛΟΓΑΣ
Ο υποσταθμός Β στέλνει:
Β: ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ, ΥΓΡΑΣΙΑ, ΕΝΔΕΙΞΗ ΑΙΣΘ. ΚΑΠΝΟΥ, ΕΝΔΕΙΞΗ ΑΙΣΘ. ΦΛΟΓΑΣ
ώστε να ξεχωρίζει από τον Α και C. Παρόμοια είναι και η αποστολή του C υποσταθμού.
Αν κάποια ένδειξη σε έναν υποσταθμό ξεπεράσει τα όρια ασφαλείας (πχ. η θερμοκρασία ξεπεράσει τους 40οC) στο μήνυμα του υποσταθμού προστίθεται το μήνυμα “PROSOXH: KAPNOS” ή “PROSOXH: FLOGA” ή “PROSOXH: ZESTH” ανάλογα την ένδειξη. Αυτό ενεργοποιεί συναγερμό στο σταθμό βάσης.
Ο σταθμός βάσης δεν απαιτεί κάποια ιδιαίτερη κατασκευή πέρα από μια βάση στήριξης των ηλεκτρονικών. Στο σταθμό βάσης λαμβάνονται τα δεδομένα από τους τρεις υποσταθμούς και απεικονίζονται στην οθόνη του υπολογιστή. Όταν ληφθεί μήνυμα συναγερμού, ενεργοποιείται ηχητικός συναγερμός (buzzer) ώστε να δοθεί προσοχή στα εισερχόμενα δεδομένα.
Επίσης, ο σταθμός μέσω GSM Module στέλνει SMS σε προκαθορισμένο αριθμό ώστε ο υπεύθυνος δασοπροστασίας να ενημερωθεί σίγουρα για το γεγονός που ενεργοποίησε τον συναγερμό. Η αποστολή SMS θα επαναληφθεί μετά από 10 λεπτά αν συντρέχει λόγος.
Η εμβέλεια λήψης αυτή τη στιγμή με τις απλές κεραίες που χρησιμοποιήσαμε φτάνει τα 1000 m. Η εμβέλεια μπορεί να φτάσει τα 4000 m με χρήση ειδικής κεραίας για τη συχνότητα των πομπών.
Βίντεο από την κατασκευή, δοκιμή και παρουσίαση του συστήματος δασοπροστασίας μας:
https://drive.google.com/open?id=1nqmFG5Ut10pvXFRPJdCtqRLOTosgtoUe
Μοιράζομαι
Το σύστημα δασοπροστασίας μας δοκιμάστηκε στο χώρο του σχολείου μας παρουσία όλων των μαθητών και καθηγητών μας με επιτυχία.
Ακολούθησε παρουσίασή του στους τοπικούς φορείς και στην Πυροσβεστική Υπηρεσία Αλοννήσου. Δυστυχώς, την ημέρα που ήρθε η Πυροσβεστική, η ομάδα μας απουσίαζε σε περιβαλοντικό πρόγραμμα και την παρουσίαση έκανε ο καθηγητής μας με τη βοήθεια συμμαθητών μας.
Ο έλεγχος έγινε με ελεγχόμενη πραγματική φωτιά η οποία έγινε αντιληπτή από κάθε υποσταθμό που πλησίασε και από κάθε τύπο αισθητήρα.
Η δοκιμή με λίγα λόγια τους εξέπληξε και λάβαμε τα συγχαρητήριά τους.
Το σύστημά μας είναι πλέον στη διάθεση της Πυροσβεστικής Υπηρεσίας και των τοπικών αρχών.
Ελπίζουμε να βρεθεί χρηματοδότηση ώστε με βάση το project μας να δημιουργηθεί ένα ισχυρό σύστημα δασοπροστασίας για το νησί μας με ένα πυκνό σύστημα υποσταθμών.
Βίντεο από την κατασκευή, δοκιμή και παρουσίαση του συστήματος δασοπροστασίας μας:
https://drive.google.com/open?id=1nqmFG5Ut10pvXFRPJdCtqRLOTosgtoUe