Polarnacht, Wasserpumpen und Smart Safe: 5 Studentenprojekte im Bereich IoT

Wie könnte ein IoT-Studentenstudienprojekt aussehen? Was kann ein Schüler in einem Jahr wirklich lernen, wenn er dieses Thema noch nie zuvor erlebt hat?

Das erste Jahr des Samsung IoT Academy-Programms endete mit dem Finale eines Wettbewerbs zwischen Absolventen von Pilotuniversitäten (MIPT und MIREA). Jedes der Projekte, die das Finale erreichten, war auf seine Weise interessant, und im Folgenden schlage ich vor, sie kennenzulernen. Dies ist im Wesentlichen eine Demonstration der Bandbreite möglicher Themen, die auf der Grundlage der in unserem Programm gewonnenen Erkenntnisse behandelt werden können.

Über den Samsung IoT Academy Contest

Am 12. Juli beendete die Veranstaltung zum ersten Mal das akademische Jahr der IoT Samsung Academy - das Finale des Interuniversity-Projektwettbewerbs. Nach der ersten Jahreshälfte, die dem Studium von Fallstudien gewidmet war, stellten die Kursteilnehmer von MIREA und MIPT für das gesamte zweite Semester ihre Prototypen der Geräte des Internet der Dinge her. Die Schüler bestimmten die Projektideen nach eigenem Ermessen, die Lehrer fungierten als Berater.

Für das Finale haben wir die Top 10 Projekte ausgewählt. Die Teilnehmer hatten nur 5 Minuten Zeit zu sprechen. Sie können das vollständige Video von dem sehen, was auf YouTube passiert ist:


Die Projekte wurden von einer Jury bewertet, die sich aus Fachingenieuren und Vertretern der akademischen Gemeinschaft und der Wirtschaft zusammensetzte. Vorsitzender der Jury ist Stanislav Polonsky, Leiter der Abteilung für fortgeschrittene Forschung und Entwicklung des Samsung Research Center, promovierter Physiker, Ingenieur und Wissenschaftler. Er arbeitet seit mehr als 20 Jahren in den USA und seine Forschungsinteressen sind unglaublich breit - von der Quantenchemie bis zur medizinischen Kybernetik. Ihr bescheidener Diener war der Sekretär der Jury.



Die Nominierungen für den Wettbewerb waren wie folgt:

• Technische Exzellenz
• Wirtschaft und Gesellschaft
• Absoluter Gewinner
• Benutzerauswahl

Die Gewinner erhielten solche Unterlegscheiben und Preise von unserer Firma.



Der Universitätsgewinner des Jahres, der durch die Nominierung "Absoluter Gewinner" bestimmt wird, wurde mit dem Pokal ausgezeichnet. Darüber hinaus war der Sieg auf der Seite von MIREA in den Nominierungen "Business and Society" und "User Choice". Ein Student von MIPT gewann die Nominierung „Technical Excellence“.

Projektübersicht

MotoGuard. Dmitry Faychuk, MIREA

Dieses Projekt erhielt durch einstimmige Entscheidung der Jury den Preis „Absoluter Gewinner“. Der Projektautor Dmitry Faychuk absolvierte das dritte Jahr am MIREA IT Institute.



In unserem Land dürfen die Rechte der unteren Kategorien „A1“ und „M“ ab einem Alter von 16 Jahren erteilt werden. Und viele Teenager träumen von ihrem Moped oder Roller. Für die Eltern ist dies eine Erfahrungsquelle, vor allem für die Sicherheit des Kindes. Dmitry beschloss, bei der Lösung solcher Situationen zu helfen. Die Aufgabe seines Geräts besteht darin, den Standort zu verfolgen und den Eltern Informationen über gefährliche Ereignisse wie plötzliches Bremsen, Stöße, Stürze und das Überschreiten der zulässigen Zone bereitzustellen. Der Prototyp ist ein Karton, in dem sich Folgendes befindet: die STM32 Nucleo L152RE-Karte (dies ist eine Karte mit einem Arduino-kompatiblen Formfaktor, die jedoch auf dem STM32 L1-Mikrocontroller basiert), Beschleunigungsmessermodule, GPS-Tracker, Vibrationssensor und GSM-Kommunikation.



Es ist erwähnenswert, dass das Projekt von Dmitry in seiner Architektur ziemlich komplex ist: Hier gibt es eine Cloud, eine mobile Anwendung und ein selbstgeschriebenes Programm für einen Mikrocontroller für das Betriebssystem RIOT OS.



Beim Wettbewerb hatte die Jury eine offensichtliche Frage: "Warum nicht ein modernes Smartphone verwenden, um das Problem zu lösen, da bereits alle erforderlichen Sensoren (Beschleunigungsmesser, Gyroskop, Mobilkommunikation) vorhanden sind?" Der Autor hat jedoch zu Recht festgestellt, dass ein separates Gerät mehrere Vorteile hat: Es kann an einem Helm oder einem Fahrzeug montiert werden, macht es nicht abnehmbar, optimiert die Batterieleistung, macht es wetterunabhängig und so weiter.

Verwaltung des Systems der intelligenten Safes. Vladislav Molodtsov, MIPT.

Das Projekt wurde in der Nominierung "Technical Excellence" als das beste ausgezeichnet. Die Juroren waren beeindruckt vom technischen Umsetzungsgrad des Prototyps. Besonders beeindruckt von der Tatsache, dass Vladislav der jüngste Teilnehmer in der Endrunde des Wettbewerbs war.



Ja, Vladislav Molodtsov ist ein Student im ersten Jahr, aber vielen älteren Studenten mangelt es an solcher Beharrlichkeit und harter Arbeit. Er machte den schönsten Demonstrationsprototyp. Sein Safe sieht perfekt aus, wie ein echter, wenn Sie nicht wissen, dass er aus Holz ist.

Wir wussten vorher, dass die Studenten von FizTech einen gründlichen Ansatz haben und nicht nach einfachen Wegen suchen! Eine einfache Tatsache: Er hat sogar seinen eigenen elektromechanischen Riegel an einem Türservo montiert, einfach weil es sonst „nicht so interessant wäre“.


Vladislav konnte nicht persönlich teilnehmen, so dass die Präsentation per Videolink stattfand

Der Safe verfügt über ein LCD-Display, eine Matrixtastatur und LED-Anzeigen, die den Status des Safes (offen / geschlossen) anzeigen, für den ein Reed-Schalter und ein Magnet verwendet wurden. Es gibt einen Lautsprecher, der bei Hacking Alarm auslöst. Ich habe alle Peripheriegeräte selbst angeschlossen, ohne Bibliotheken von Drittanbietern zu verwenden.



Die grafische Oberfläche des Programms ist einfach, aber verständlich. Es zeigt den Status jedes Safes: offen, geschlossen, blockiert, Hacking.



Es wird davon ausgegangen, dass ein solches System von Hotels, Sportvereinen und allen Unternehmen, in denen Mitarbeiter über persönliche Schließfächer verfügen, nachgefragt werden könnte. Das System hat Sicherheitsprobleme nicht vollständig entwickelt, die offensichtlich Gegenstand der Weiterentwicklung des Projekts sein sollten.

Ein System zur Simulation von Wetterbedingungen und Tageszeit bei polaren Nachtbedingungen. Polina Rozhitskaya, MIREA

Dieses Projekt erhielt einen Preis in der Nominierung „Business and Society“. Diese Nominierung ist zweifellos schwierig für Schüler und Lehrer, die nicht über die erforderliche Erfahrung im Geschäftsleben verfügen, insbesondere im aufstrebenden Internet der Dinge. Die Diskussion der Jury war stürmisch, aber am Ende waren sich die Meinungen der Jury einig, dass das Projekt Pauline ein echtes Geschäftspotenzial hat.

Vielleicht haben Sie einen solchen Rat gehört: Verwenden Sie Ihr Smartphone nicht vor dem Schlafengehen? Der Wortlaut ist nicht ganz korrekt, da es sich um die Gefahren des kalten "blauen" Lichts des Smartphone-Bildschirms handelt. Es ist bekannt, dass solches Licht die Synthese von Melatonin im menschlichen Körper reduziert, das auch als Schlafhormon bezeichnet wird. So haben beispielsweise Samsung-Smartphones die Möglichkeit, den Blaulichtfilter nach Zeitplan einzuschalten.



Und wenn Sie das Problem weiter betrachten? Schließlich können Sie auch das künstliche Licht um uns herum so umbauen, dass es den natürlichen Verlauf der Sonne nachahmt. Die Aufgabe ist besonders relevant für die Regionen unseres Landes, in denen die "weißen Nächte" atemberaubend schön sind, aber es nicht leicht ist, einzuschlafen. Und nicht nur! Das Beleuchtungsspektrum kann nicht nur den Schlafmodus, sondern auch das Leistungsniveau beeinflussen.



Polinas Projekt sieht vor, im Büro einen „Ruheraum“ zu schaffen, in dem sich eine Person zurückziehen und die Beleuchtung einschalten kann, die im Hinblick auf ihren Biorhythmus optimal ist. Ändern Sie am Arbeitsplatz des Mitarbeiters tagsüber die Farbtemperatur dynamisch, um unseren natürlichen Biorhythmus nicht zu stören. Ja, und unter Berücksichtigung individueller Merkmale: Lerchen, Eulen ...



Im Allgemeinen gehört dieses Projekt zur Kategorie jener Geschichten, bei denen die Unfähigkeit, seine Arbeit zu präsentieren, zum Scheitern führen kann. In der Qualifikationsphase des Wettbewerbs war es schwierig, anhand der vorgestellten Materialien zu erraten, dass eine automatische Lichtsteuerung implementiert wurde. Das Video enthielt ein Formular mit „Schiebereglern“, und der Eindruck war, dass es sich nur um eine triviale „intelligente Glühbirne“ handelte. Nur durch zusätzliche Kommentare des Projektmanagers konnten wir den Arbeitsaufwand abschätzen.

Später in der Endrunde wurden Schulungen zu Präsentationsfähigkeiten organisiert. Die Jungs haben diese absolut notwendigen Fähigkeiten bei ihrer Leistung unter Beweis gestellt und werden sie unserer Meinung nach in Zukunft einsetzen.

Frachtüberwachung. Alexander Filatov, MIREA

Dieses Projekt gewann die Sympathie des Publikums. Wir kennen seinen Autor schon lange: Vor genau einem Jahr nahm er an der ersten Veranstaltung der IoT Academy teil - der Summer School im Internet der Dinge, die am Moskauer Institut für Physik und Technologie stattfand.



Jetzt hat Alexander sein System für „intelligente Logistik“ eingeführt, mit dem die Aufgaben der Verfolgung und Überwachung der Warentransportbedingungen gelöst und Daten zu Verstößen gesammelt werden können. Dieses System kann sowohl für Versicherungsunternehmen als auch für Frachtunternehmen nützlich sein. Die Implementierung des Projekts ist einfach: Fernerfassung von Sensorindikatoren von einem an eine bestimmte Last angeschlossenen Tracker, Analyse dieser Indikatoren auf dem Server und deren Übermittlung an den Client in praktischer Form. Es wird vorgeschlagen, das IoT-Gerät mit folgenden Sensoren auszustatten: Beschleunigungsmesser, Feuchtigkeit, Vibration, Neigung, Temperatursensoren sowie ein GPS-Modul.



Zu den Vorteilen des Projekts zählen die Benutzeroberfläche, die angemessene Verwendung der Yandex.Maps-API, eine mobile Anwendung, die kompetente Berechnung des Energieverbrauchs und die Kosten für Systemkomponenten.

Das Projekt löste eine Diskussion über mehrere wichtige Themen aus: Wie kann die drahtlose Datenübertragung gewährleistet werden, wenn sich das Gerät zusammen mit der Ladung in einem Metallbehälter befindet? Einer der Vorschläge der Jury war die Entwicklung einer Struktur, die nicht innerhalb, sondern außerhalb des Containers angebracht wird. Es wurden auch rechtliche Aspekte erörtert: Ist es möglich, das Zeugnis eines solchen Geräts bei Streitigkeiten über die Haftung für Schäden an der Ladung vor Gericht zu verwenden?

Ich muss zugeben, dass mein Mitgefühl auf der Seite dieses Projekts stand und ich bin sehr froh, dass das Publikum dafür gestimmt hat.

Fernsteuerung und Überwachung einer Gruppe von Industriepumpen. Vyacheslav Starovoitov und Kirill Komarov, MIREA

Das Projekt von Studenten der Abteilung für industrielle Automatisierung des Instituts für Informationstechnologie MIREA. Das Problem, das die Schüler gelöst haben, ist sehr einfach: Es gibt mehrere vom Bezirkszentrum entfernte Dörfer mit einem instabilen zellularen Signal. Um sie mit Wasser zu versorgen, werden Wassertürme installiert. Über Druckstationen wird Wasser in sie gepumpt. Industrielle Logiksteuerungen (SPS) dienen zur Steuerung von Druckstationen. Zur Steuerung ihrer Arbeit ist ein Bediener erforderlich.

Im Projekt wurde die Fernsteuerung der Pumpen über eine drahtlose Verbindung zur SPS implementiert. Die Hauptschwierigkeit dieser Art von Projekt besteht darin, sich mit Geräten und Schnittstellen von Drittanbietern zu befassen. Zu diesem Zweck war es notwendig, sich ernsthaft mit der Programmierung auf niedriger Ebene zu befassen, um die Hardware zu steuern.

Die Jungs des Wettbewerbs präsentierten einen ganzen Demonstrationsstand bestehend aus:

• Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) Omron CJ1M
• Frequenzumrichter Omron VS mini J7
• Motor Siemens 1LA7050-2AA60
• Mikrocontroller-Module für nicht verdrahtete Geräte zur Fernsteuerung der Pumpe, die über LoRa mit der Basisstation verbunden sind

Jeder kann sicherstellen, dass das System regelmäßig Wasser aus dem Behälter in die Flasche pumpt.



Dieses Team zeigte eine Vorliebe für Industriedesign und fertigte niedliche mehrfarbige Gehäuse auf einem 3D-Drucker. Sie platzierten die Endgeräte des „Internet der Dinge“ aus dem Trainingskit - Mikrocontrollermodule mit Tasten (zur manuellen Steuerung der Pumpe), Transistoren (zum Schalten der Last).



Starovoitov Vyacheslav hat bereits beim Frühjahrs-Hackathon bei MIREA bewiesen, dass er ein talentierter Interface-Designer ist. Und dieses Mal sah sein Design der Pumpensteuerungsanwendung prägnant und stilvoll aus:

Andere Projekte

Für meinen Artikel habe ich aus meiner Sicht die interessantesten Projekte ausgewählt, "mehrere Dutzend zurückgelassene studentische Arbeiten", unter denen man zum Beispiel Folgendes feststellen kann:

1. Intelligentes Bad. Das Projekt zeichnete sich durch eine originelle Idee aus und sorgte nicht nur bei der Jury, sondern auch bei den Gästen des Wettbewerbs für echtes Interesse und Aufregung. Wahrscheinlich, weil das „Badehaus“ ein Thema ist, das jeder versteht. Das Wesentliche des Projekts war es, das Überschreiten der zulässigen Schwellenwerte im Raum zu signalisieren und den Zustand des Besuchers des Bades zu überwachen: Bewegt er sich oder ist er bereits bewusstlos?
2. Ein Mitarbeiterstandortindikator für den Abteilungsleiter, erstellt als Programm für die „Smart Watch“ Samsung Gear S3. Ein solides Bildungsprojekt mit viel Webprogrammierung zum Selbststudium in JavaScript.
3. Das adaptive Lüftungssystem ist eine praktische Aufgabe aus dem wirklichen Leben und ein interessanter funktionierender Prototyp - aber die Lösung wurde aus Sicht des Gesamtsystems leider nicht ausgearbeitet und ist sehr energieaufwendig.
4. „Smart Store“ - Aufbau eines Lichtwegs von Regal zu Regal, basierend auf der aktuellen Arbeitsbelastung der Abteilungen und der Marketingpolitik des Geschäfts.
5. Lastüberwachungssystem bei Blocksimulatoren: Fügen Sie Sensoren zu den beweglichen Teilen der Simulatoren hinzu und zählen Sie, wie oft eine Person die Übung durchführt.
6. Das mathematische Modell zur Vorhersage des Ausfalls eines Schwingungssensors an einer Fräsmaschine ist eine sehr bekannte Aufgabe in der IoT-Welt, die häufig mit maschinellen Lernmethoden gelöst wird. In Russland haben wir praktisch keine Veröffentlichungen zu diesem Thema, aber im Ausland finden Sie sofort 20 Stücke
7. Aufbau einer Reservoirkarte basierend auf Daten von Ultraschallsensoren auf kleinen mobilen Schiffen. Wir haben dieses Projekt abgelehnt, weil sich die Jungs darauf konzentrierten, das Problem im Rahmen des Computermodells zu lösen, aber wir bevorzugten immer noch echte Geräte.

Fazit

Was kann am Ende des Artikels gesagt werden?

Eine Vielzahl von Ansätzen und eine Vielzahl von Projekten machen das Internet der Dinge äußerst interessant. Historisch gesehen waren Informatik und Ingenieurwesen ein Wissensgebiet: Der größte Erfolg wurde von Menschen erzielt, die sich in Mathematik und Schaltkreisen gleichermaßen auskennen, wie zum Beispiel mein Lieblingswissenschaftler Claude Shannon. Ein solcher synthetischer Kurs im Internet der Dinge ist ein Weg, um die Grenzen der Spezialisierung zu überwinden. Deshalb ist dieser Kurs für mich und unsere Lehrer besonders wertvoll: Hier kann jeder die Grenze seines Wissens finden und versuchen, es zu heiraten.

Die folgende Tatsache wurde bemerkt: Die Projekte der Studenten jeder Universität hatten ihr eigenes charakteristisches „Gesicht“. In diesem Frühjahr haben MIPT und MIREA ihren zusätzlichen Kurs für Mikrocontroller bestanden. Und es war von der Seite interessant zu beobachten, wie Fizteh letztendlich den Ansatz demonstrierte, der der Hardware am nächsten kommt. Die Jungs bewegten sich „von unten nach oben“, das heißt, sie untersuchten den Mikrocontroller in Bezug auf Register, die schwierig und tief in das Material eingetaucht waren. Und bei MIREA ging die Studie „von oben nach unten“, dh von der Arbeit im RIOT-Echtzeitbetriebssystem auf dem Mikrocontroller bis zum „Abtauchen“.


Bei einem Hackathon über das Internet der Dinge bei MIPT in diesem Frühjahr

Infolgedessen spiegelte sich dieser Unterschied in den meisten Studentenprojekten wider: Absolventen unseres MIPT-Programms widmeten dem Endgerät des Mikrocontrollers die größte Aufmerksamkeit und erreichten maximale Effizienz und Geschwindigkeit, während MIREA-Studenten übergeordnete Systeme herstellten, normalerweise mit einer bequemeren Schnittstelle, einer mobilen Anwendung, Serverteil.

Jeder der Ansätze hat ein Existenzrecht, da er für die Arbeit als verschiedene Spezialisten und für verschiedene Zwecke nützlich sein kann, sei es Rapid Prototyping und Produktion. Im Allgemeinen sind wir mit dem technischen Niveau der Arbeit zufrieden, die Jungs haben das Kursprogramm gemeistert. In nur einem Jahr tauchten sie in ein völlig neues Thema ein und erlangten das Wissen, das in ihrem Profil fehlte. Bei MIREA beherrschten mehrere Schüler das Material so gut und interessierten sich für das Thema, dass sie sich dieses Jahr freiwillig zur Unterstützung der Lehrer meldeten.

Und schließlich ein angenehmes Umfrageergebnis für das akademische Jahr:



Die vorgestellten Projekte waren durch eine unzureichende Ausarbeitung von Geschäftsaspekten gekennzeichnet. Zum Beispiel stellten sich einige Autoren sehr vage vor, wer ein Verkäufer dieser Art von Gerät und wer ein Käufer sein könnte, wie das Gerät in bestehende Lösungen auf dem Markt integriert werden könnte. Vielen fehlte die Fähigkeit, ein Projekt vorzustellen.
Fairerweise sollte beachtet werden, dass diese systemischen Probleme nicht nur bei Projekten auf Studentenebene auftreten, sondern dass meine Kollegen in ihrer täglichen Arbeit damit konfrontiert sind.

Das letzte Finale des Wettbewerbs ermöglichte es uns, die Ergebnisse des Programms zu sehen und als Lackmustest die Momente zu zeigen, an denen es sich zu arbeiten lohnt. Wir krempeln die Ärmel hoch und werden sie im kommenden Schuljahr aufnehmen.

Mit Beginn des Schuljahres, Genossen!

Volkova Tatyana
Mitarbeiter des Samsung Research Center
Der Autor des Lehrplanprojekts IoT Academy Samsung