Nuit polaire, pompage d'eau et coffre-fort intelligent: 5 projets étudiants dans le domaine de l'IoT

À quoi pourrait ressembler un projet d'étude étudiant IoT? Qu'est-ce qu'un étudiant peut vraiment apprendre en un an s'il n'a jamais rencontré ce sujet auparavant?

La première année du programme Samsung IoT Academy s'est terminée par la finale d'un concours organisé entre les diplômés des universités pilotes (MIPT et MIREA). Chacun des projets qui ont atteint la finale était intéressant à sa manière, et je propose ci-dessous de les connaître. Il s'agit essentiellement d'une démonstration de la gamme de sujets possibles qui peuvent être abordés, sur la base des connaissances acquises dans notre programme.

À propos du Samsung IoT Academy Contest

Le 12 juillet, l'événement a clôturé pour la première fois l'année universitaire de l'IoT Samsung Academy - la finale du concours de projets interuniversitaires. Après le premier semestre de l'année consacré à l'étude des études de cas, les participants aux cours du MIREA et du MIPT ont réalisé leurs prototypes d'appareils Internet of Things pour tout le second semestre. Les étudiants ont déterminé les idées de projet à leur discrétion, les enseignants ont agi comme consultants.

Pour la finale, nous avons sélectionné les 10 meilleurs projets. Les participants n'avaient que 5 minutes pour parler. Vous pouvez regarder la vidéo complète de ce qui s'est passé sur YouTube:


Les projets ont été évalués par un jury composé à la fois d'ingénieurs spécialisés et de représentants de la communauté universitaire et des entreprises. Le président du jury est Stanislav Polonsky, chef du département de recherche et développement avancés du Samsung Research Center, physicien de formation, docteur, ingénieur et scientifique: il travaille aux États-Unis depuis plus de 20 ans, et ses intérêts de recherche sont incroyablement larges - de la chimie quantique à la cybernétique médicale. Votre humble serviteur était le secrétaire du jury.



Les nominations pour le concours étaient les suivantes:

• Excellence technique
• Entreprise et société
• Gagnant absolu
• Choix de l'utilisateur

Les gagnants ont reçu de telles rondelles et des prix de notre société.



Le lauréat universitaire de l'année, déterminé par la nomination "Vainqueur absolu", s'est vu décerner la coupe. De plus, la victoire a été du côté de MIREA dans les nominations "Business and Society" et "User Choice". Un étudiant du MIPT a remporté la nomination «Excellence technique».

Aperçu du projet

MotoGuard. Dmitry Faychuk, MIREA

Ce projet par décision unanime du jury a reçu le prix «Gagnant absolu». L'auteur du projet, Dmitry Faychuk, est diplômé de la troisième année du MIREA IT Institute.



Dans notre pays, les droits des catégories inférieures «A1» et «M» sont autorisés à partir de 16 ans. Et de nombreux adolescents rêvent de leur cyclomoteur ou scooter. Pour les parents, c'est une source d'expérience, principalement pour la sécurité de l'enfant. Dmitry a décidé d'aider à résoudre de telles situations. La tâche de son appareil est de suivre l'emplacement et de fournir au parent des informations sur des événements dangereux, tels qu'un freinage soudain, un choc, une chute, un dépassement de la zone autorisée. Le prototype est une boîte en carton, à l'intérieur de laquelle: la carte STM32 Nucleo L152RE (il s'agit d'une carte dans un facteur de forme compatible Arduino, mais basée sur le microcontrôleur STM32 L1), des modules d'accéléromètre, un tracker GPS, un capteur de vibration et une communication GSM.



Il convient de noter que le projet de Dmitry est assez complexe dans son architecture: il y a ici un cloud, une application mobile et un programme auto-écrit pour un microcontrôleur pour le système d'exploitation RIOT OS.



Lors du concours, le jury avait une question évidente: "Pourquoi ne pas utiliser un smartphone moderne pour résoudre le problème, car tous les capteurs nécessaires (accéléromètre, gyroscope, communication mobile) sont déjà dedans?" Cependant, l'auteur a noté à juste titre qu'un appareil séparé présente plusieurs avantages: il peut être monté sur un casque ou un véhicule, le rendre inamovible, optimiser la puissance de la batterie, le rendre résistant aux intempéries, etc.

Administration du système de coffres-forts intelligents. Vladislav Molodtsov, MIPT.

Le projet a été reconnu comme le meilleur dans la nomination "Excellence technique". Les juges ont été impressionnés par le degré de mise en œuvre technique du prototype. Particulièrement frappé par le fait que Vladislav était le plus jeune participant à la phase finale de la compétition.



Oui, Vladislav Molodtsov est un étudiant de première année, mais de nombreux étudiants plus âgés manquent de persévérance et de dur labeur. Il a réalisé le plus beau prototype de démonstration. Son coffre-fort a l'air parfait, comme un vrai, si vous ne savez pas qu'il est en bois.

Nous savions auparavant que les étudiants de FizTech ont une approche approfondie et ne recherchent pas des moyens faciles! Un simple fait: il a même assemblé son propre verrou électromécanique sur un servo de porte, simplement parce que sinon «ce ne serait pas si intéressant».


Vladislav n'a pas pu assister en personne, la présentation a donc eu lieu via un lien vidéo

Le coffre-fort dispose d'un écran LCD, d'un clavier matriciel, d'indicateurs LED indiquant l'état du coffre-fort (ouvert / fermé), pour lesquels un interrupteur à lames et un aimant ont été utilisés. Il y a un haut-parleur pour déclencher l'alarme en cas de piratage. J'ai connecté tous les périphériques moi-même, sans utiliser de bibliothèques tierces.



L'interface graphique du programme est simple, mais compréhensible. Il montre l'état de chaque coffre-fort: ouvert, fermé, bloqué, piratage.



On suppose qu'un tel système pourrait être demandé par les hôtels, les clubs sportifs et toutes les entreprises où les employés ont des casiers personnels. Le système n'a pas complètement développé les problèmes de sécurité, qui, évidemment, devraient faire l'objet d'un développement ultérieur du projet.

Un système pour simuler les conditions météorologiques et l'heure de la journée dans des conditions de nuit polaire. Polina Rozhitskaya, MIREA

Ce projet a reçu un prix dans la nomination «Entreprise et société». Cette nomination est sans aucun doute difficile pour les étudiants et les enseignants qui n'ont pas l'expérience nécessaire en affaires, et plus encore sur le marché émergent de l'Internet des objets. La discussion du jury a été houleuse, mais au final, les avis du jury ont convenu que le projet Pauline a un réel potentiel commercial.

Peut-être avez-vous entendu un tel conseil: n'utilisez pas votre smartphone avant le coucher? La formulation n'est pas tout à fait correcte, car nous parlons des dangers de la lumière froide "bleue" de l'écran du smartphone. Il est connu qu'une telle lumière réduit la synthèse de mélatonine dans le corps humain, également appelée hormone du sommeil. C'est pourquoi, par exemple, les smartphones Samsung ont la possibilité d'activer le filtre de lumière bleue selon un horaire.



Et si vous regardez le problème plus large? Après tout, vous pouvez également reconstruire l'éclairage artificiel qui nous entoure afin qu'il imite le cours naturel du soleil. La tâche est particulièrement pertinente pour les régions de notre pays où les "nuits blanches" sont incroyablement belles, mais il n'est pas facile de s'endormir. Et pas seulement! Le spectre d'éclairage peut affecter non seulement le mode veille, mais également le niveau de performance.



Le projet de Polina propose de créer une «salle de relaxation» dans le bureau, dans laquelle une personne peut se retirer et allumer un éclairage optimal du point de vue de ses biorythmes. Et sur le lieu de travail de l'employé, pendant la journée, modifiez la température de couleur de manière dynamique afin de ne pas perturber nos biorythmes naturels. Oui, et en tenant compte des caractéristiques individuelles: alouettes, chouettes ...



En général, ce projet appartient à la catégorie de ces histoires lorsque l'incapacité de présenter son travail peut conduire à l'échec. À l'étape de qualification de la compétition, il était difficile de deviner à partir des matériaux présentés que le contrôle automatique de l'éclairage avait été mis en place. Il y avait un formulaire avec des «curseurs» sur la vidéo, et l'impression était que c'était juste une «ampoule intelligente» triviale. Et seuls les commentaires supplémentaires du chef de projet nous ont permis d'estimer la quantité de travail.

Plus tard, lors de la phase finale, des formations sur les techniques de présentation ont été organisées. Les gars ont démontré ces compétences absolument nécessaires lors de leur performance et, nous pensons, les utiliseront à l'avenir.

Surveillance du fret. Alexander Filatov, MIREA

Ce projet a remporté le vote de sympathie du public. Nous connaissons son auteur depuis longtemps: il y a exactement un an, il participait au premier événement de l'IoT Academy - l'école d'été sur l'Internet des objets, qui s'est tenu à l'Institut de physique et de technologie de Moscou.



Maintenant, Alexander a présenté son système de «logistique intelligente», qui permettra de résoudre les tâches de suivi et de surveillance des conditions de transport des marchandises, de collecte de données sur les violations. Ce système peut être utile à la fois pour les compagnies d'assurance et pour les transporteurs de marchandises. La mise en œuvre du projet est simple: collecte à distance des indicateurs de capteur à partir d'un tracker attaché à une charge spécifique, analyse de ces indicateurs sur le serveur et leur remise au client sous une forme pratique. Il est proposé d'équiper l'appareil IoT des capteurs suivants: accéléromètre, humidité, vibration, inclinaison, capteurs de température, ainsi que d'un module GPS.



Les avantages du projet comprennent l'interface utilisateur, l'utilisation appropriée de l'API Yandex.Maps, une application mobile, le calcul compétent de la consommation d'énergie et le coût des composants du système.

Le projet a provoqué une discussion sur plusieurs questions importantes: comment garantir le transfert de données sans fil si l'appareil est situé avec la charge à l'intérieur d'un conteneur métallique? L'une des suggestions du jury était de développer une structure qui soit fixée non pas à l'intérieur mais à l'extérieur du conteneur. Les aspects juridiques ont également été abordés: est-il possible d'utiliser le témoignage d'un tel appareil en justice, en cas de litige sur la responsabilité pour les dommages à la cargaison?

Je dois admettre que mes sympathies étaient du côté de ce projet et je suis très heureux que le public ait voté pour.

Contrôle et surveillance à distance d'un groupe de pompes industrielles. Vyacheslav Starovoitov et Kirill Komarov, MIREA

Le projet des étudiants du Département d'automatisation industrielle de l'Institut des technologies de l'information MIREA. Le problème résolu par les étudiants est très simple: il existe plusieurs villages éloignés du centre du district avec un signal cellulaire instable. Pour leur fournir de l'eau, des châteaux d'eau sont installés. L'eau y est pompée à l'aide de stations de pression. Les contrôleurs logiques industriels (API) sont utilisés pour contrôler les stations de pression. Pour contrôler leur travail, un opérateur est requis.

Dans le projet, le contrôle à distance des pompes a été mis en œuvre via une connexion sans fil à l'automate. La principale difficulté de ce type de projet est de traiter des équipements et interfaces tiers. Pour cela, il était nécessaire de traiter sérieusement la programmation de bas niveau afin de contrôler le matériel.

Les gars du concours ont présenté un stand de démonstration complet composé de:

• Contrôleur logique programmable (PLC) Omron CJ1M
• Convertisseur de fréquence Omron VS mini J7
• Moteur Siemens 1LA7050-2AA60
• Modules de microcontrôleur Unwired Devices pour le contrôle à distance de la pompe, connectés à la station de base via LoRa

Tout le monde peut s'assurer que le système pompe régulièrement l'eau du réservoir à la bouteille.



Cette équipe a montré un penchant pour le design industriel, créant de jolis étuis multicolores sur une imprimante 3D. Ils ont placé les terminaux de «l'Internet des objets» du kit de formation - modules de microcontrôleur à boutons (pour le contrôle manuel de la pompe), transistors (pour commuter la charge).



Starovoitov Vyacheslav a déjà prouvé lors du hackathon de printemps au MIREA qu'il était un talentueux concepteur d'interfaces. Et cette fois, sa conception de l'application de commande de pompe avait l'air concise et élégante:

Autres projets

Pour mon article, j'ai choisi, de mon point de vue, les projets les plus intéressants, «plusieurs dizaines de travaux étudiants laissés pour compte», parmi lesquels on peut noter, par exemple:

1. Bain intelligent. Le projet s'est distingué par une idée originale et a suscité un véritable intérêt et une vive émotion non seulement parmi le jury, mais aussi parmi les invités du concours. Probablement parce que le «bain public» est un sujet que tout le monde comprend. L'essence du projet était de signaler le dépassement des seuils autorisés dans la pièce et de surveiller l'état du visiteur du bain: bouge-t-il ou est-il déjà inconscient?
2. Un indicateur de localisation des employés pour le chef de département, conçu comme un programme pour la «montre intelligente» Samsung Gear S3. Un projet éducatif solide avec une grande quantité de programmation web d'auto-apprentissage en JavaScript.
3. Le système de ventilation adaptative est une tâche pratique issue de la vie réelle et un prototype de travail intéressant - mais la solution, malheureusement, n'a pas été élaborée du point de vue du système dans son ensemble et est très énergivore.
4. «Smart store» - construire un chemin lumineux d'étagère en étagère, en fonction de la charge de travail actuelle des services et de la politique marketing du magasin.
5. Système de surveillance de la charge sur les simulateurs de blocs: ajoutez des capteurs aux parties mobiles des simulateurs et comptez combien de fois une personne fait l'exercice.
6. Le modèle mathématique pour prédire la défaillance d'un capteur de vibrations sur une fraiseuse est une tâche très connue dans le monde de l'IoT, qui est souvent résolue à l'aide de méthodes d'apprentissage automatique. En Russie, nous n'avons pratiquement pas de publications sur ce sujet, mais à l'étranger vous trouverez immédiatement 20 pièces
7. Construction d'une carte de réservoir basée sur les données de capteurs à ultrasons situés sur de petits navires mobiles. Nous avons rejeté ce projet car les gars se sont concentrés sur la résolution du problème dans le cadre du modèle informatique, mais nous avons tout de même préféré de vrais appareils.

Conclusion

Que peut-on dire à la fin de l'article?

Un large éventail d'approches et une variété de projets rendent le domaine de l'Internet des objets extrêmement intéressant. Historiquement, l'informatique et l'ingénierie ont été un domaine de connaissance: le plus grand succès a été obtenu par des personnes qui connaissaient aussi bien les mathématiques et les circuits que, par exemple, mon scientifique préféré Claude Shannon. Un tel cours synthétique sur l'Internet des objets est un moyen de surmonter les limites de la spécialisation. C'est pourquoi ce cours est particulièrement précieux pour moi et nos professeurs: ici tout le monde peut trouver la frontière de ses connaissances et essayer de les marier.

Le fait suivant a été remarqué: les projets des étudiants de chaque université avaient leur propre «visage» caractéristique. Ce printemps, le MIPT et le MIREA ont réussi leur cours supplémentaire sur les microcontrôleurs. Et il était intéressant de voir comment Fizteh a finalement démontré l'approche la plus proche du matériel. Les gars se sont déplacés «de bas en haut», c'est-à-dire qu'ils ont étudié le microcontrôleur en termes de registres, difficiles et profondément immergés dans le matériel. Et chez MIREA, l'étude est passée «de haut en bas», c'est-à-dire de travailler dans le système d'exploitation en temps réel RIOT sur le microcontrôleur à plonger «vers le bas».


Au hackathon sur l'Internet des objets au MIPT ce printemps

En conséquence, cette différence s'est reflétée dans la plupart des projets étudiants: les diplômés de notre programme au MIPT ont accordé la plus grande attention au dispositif final sur le microcontrôleur, atteignant une efficacité et une vitesse maximales, tandis que les étudiants MIREA ont créé des systèmes de niveau supérieur, généralement avec une interface plus pratique, une application mobile, partie serveur.

Chacune des approches a le droit d'exister, car elle peut être utile pour travailler en tant que différents spécialistes et à des fins différentes, qu'il s'agisse de prototypage et de production rapides. En général, nous sommes satisfaits du niveau technique de travail, les gars maîtrisent le programme de cours. En seulement un an, ils se sont plongés dans un tout nouveau sujet et ont acquis les connaissances qui manquaient dans leur profil. Au MIREA, plusieurs étudiants ont si bien maîtrisé le matériel et se sont intéressés au sujet que cette année ils se sont portés volontaires pour aider les enseignants.

Et enfin, un agréable résultat d'enquête pour l'année académique:



Les projets présentés se sont caractérisés par une élaboration insuffisante des aspects commerciaux. Par exemple, certains auteurs ont imaginé très vaguement qui pourrait être un vendeur de ce type d'appareil, et qui pourrait être un acheteur, comment l'appareil pourrait être intégré aux solutions existantes sur le marché. Beaucoup n'avaient pas la capacité de présenter un projet.
En toute justice, il convient de noter que ces problèmes systémiques ne sont pas propres aux projets de niveau étudiant; mes collègues y sont confrontés dans leur travail quotidien.

La dernière finale du concours nous a permis de voir les résultats du programme et, en tant que test décisif, a montré les moments qui valent la peine d'être travaillés. Nous, retroussant nos manches, les reprendrons au cours de la prochaine année scolaire.

Avec la rentrée, camarades!

Volkova Tatyana
Employé du Samsung Research Center
L'auteur du projet de curriculum IoT Academy Samsung