ΜΝΑΕ 2018

Στο πλαίσιο του προγράμματος "Μια Νέα Αρχή για τα ΕΠΑΛ (ΜΝΑΕ)" το 1^ο ΕΠΑΛ Ζωγράφου συμμετείχε στο πρόγραμμα:

"Εφαρμογές της ηλιακής ενέργειας στο Αυτοκίνητο"

          Στόχος μας ήταν να μεταφέρουμε σύγχρονες τεχνολογίες στην κίνηση οχημάτων, στην εκπαιδευτική διαδικασία, αναπτύσσοντας τα ηλεκτρονικά τους σε μοντέλα (μικρογραφίες), ιδιαίτερα των ηλεκτρικών αυτοκινήτων.

          Συμμετείχαν μαθητές της Α΄ και Γ΄ τάξης με συγκεκριμένο πλαίσιο δραστηριότητας, όπως:

α. Οι μαθητές της Α΄ τάξης με συναρμολόγηση, τυχόν μετατροπές στα μοντέλα καθώς και στοιχειώδεις κολλήσεις σε μπαταρίες, καλώδια, κινητήρες και πλακέτες και ότι άλλο χρειαζόταν για τη λειτουργία των μοντέλων χωρίς την παρέμβαση των ειδικών ηλεκτρονικών. Επίσης μετρήσεις ρευμάτων, τάσεων, χρόνου φόρτισης κ.ά.

β. Οι μαθητές της Γ΄ τάξης φρόντισαν τον αυτοματισμό των διατάξεων, δηλαδή τον προγραμματισμό των πλακετών Arduino, ώστε τα μοντέλα να καθοδηγούνται σύμφωνα με τα ηλεκτρονικά σήματα από τους αισθητήρες

Η διαδικασία που ακολουθήθηκε ήταν:

1. Να γίνει μελέτη, διερεύνηση και κατανόηση των ''έξυπνων λειτουργιών των αυτοκινήτων" και ιδιαίτερα στα ηλεκτρικά,

2. Να ανευρεθούν τα ειδικά εξαρτήματα των ανιχνευτών και να προσαρμοστούν στην πλακέτα Arduino,

3. Να προγραμματιστούν κατάλληλα οι πλακέτες Arduino με συνδυασμό ελεύθερων λογισμικών από το διαδίκτυο και

4. Να μετρηθούν να αξιολογηθούν οι κατασκευές και να γίνουν διορθώσεις στις λειτουργίες των μοντέλων.

Στο πλαίσιο του προγράμματος έγιναν οι εξής κατασκευές, με την παρατήρηση ότι, λόγω τοποθέτησης των μονάδων (επεξεργαστών,  αισθητήρων και τροφοδοτικών διατάξεων) και των καλωδιώσεων, κατασκευάστηκαν πολύ περισσότερα μοντέλα από ότι αρχικά προτείναμε γιατί δεν επαρκούσε ο ελεύθερος διατιθέμενος χώρος στην επιφάνειά τους:

1. Μοντέλο αυτοκινούμενου οχήματος με έλεγχο της ευθύγραμμης κίνησης του.

Διερευνήθηκαν οι εξής δυνατότητες:

α. Με καθοδήγηση από γυροσκόπειο (αναλογικό ή ψηφιακό)

Η λύση δεν έδωσε αποτελέσματα, γιατί η ακρίβεια του ηλεκτρονικού σήματος (μετρούμενη παράμετρος η γωνιακή ταχύτητα) στην καθοδήγηση, ήταν στο επίπεδο του θορύβου των εξαρτημάτων, αν και δοκιμάστηκαν και δυναμικές καταστάσεις χωρίς όμως αποτέλεσμα.

β. Κίνηση με βηματικούς κινητήρες

Σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε κύκλωμα, που περιλαμβάνει 4 βηματικούς κινητήρες με πλακέτα arduino και ειδικές τροφοδοτικές διατάξεις μέσα από επαναφορτιζόμενες μπαταρίες. Οι δοκιμές που έγιναν δεν έδωσαν τα επιθυμητά αποτελέσματα και δεν μπορούν να αξιολογηθούν σαν λειτουργούσες διατάξεις επειδή:

1. Η μετακίνηση γινόταν με πολλά μικρά βήματα και εσωτερικούς μειωτήρες των βηματικών που δεν μπορούσαν να δώσουν ικανοποιητική ταχύτητα κίνησης. Η επιλογή των συγκεκριμένων κινητήρων έγινε λόγω μεγέθους, γιατί  προσαρμόστηκαν εύκολα με ελάχιστες μετατροπές στο μοντέλο, χωρίς όμως να υπάρχουν επαρκή στοιχεία λειτουργίας τους.

2. Οι μεγαλύτεροι κινητήρες είχαν τη δυσκολία να ενσωματωθούν στο μοντέλο (μεγάλο μέγεθος) και να οδηγηθούν με ικανοποιητικό τρόπο, λόγω απαιτήσεων σε μεγάλα ρεύματα. Δοκιμάστηκαν διαφορετικές πηγές ρεύματος (Powerbank, επαναφορτιζόμενες), διαφορετικοί τρόποι οδήγησης των κινητήρων είτε ανά ένας, είτε ανά δύο συζευγμένοι, χωρίς όμως αξιόπιστα αποτελέσματα.

γ. Καθοδήγηση με αισθητήρες υπέρυθρων

Τοποθετήθηκαν σε 2 τροχούς αισθητήρες με υπέρυθρους πομποδέκτες και πλακέτα arduino με σκοπό να καταμετρώνται ανεξάρτητα οι περιστροφές των τροχών, μέσα από τα διάκενα που διαθέτουν οι ειδικοί τροχοί προσαρμοσμένοι στους κινητήριους τροχούς του μοντέλου.

         Για τον προγραμματισμό του Arduino χρησιμοποιήθηκαν δύο εφαρμογές που βρέθηκαν στο διαδίκτυο και προσαρμόστηκαν στο μοντέλο:

α. Η καταμέτρηση των διακένων

β. Η ενεργοποίηση των τροχών (κίνηση)

          Η λειτουργία του προγράμματος μπορεί να συνοψιστεί στα εξής:

α. Η καταμέτρηση των διακένων και αποτύπωση σε παραμέτρους, με κάποιο χρονικό όριο, για κάθε τροχό

β. Η λειτουργία των διαφορετικών κινητήρων με μία μέση ταχύτητα

γ.  Η αύξηση ή μείωση της ταχύτητας περιστροφής ενός από τους τροχούς, αν κατά τη διάρκεια περιστροφής των, καταμετρήθηκαν διαφορετικά διάκενα.

Το αποτέλεσμα της διόρθωσης είναι, οι τροχοί να περιστρέφονται με την ίδια μέση ταχύτητα για κάποιο χρονικό διάστημα και το μοντέλο να παραμένει σε ευθύγραμμη κίνηση

2. Μοντέλο αυτοκινήτου με τροφοδότηση από υπερπυκνωτές

          Σκοπός της εργασίας ήταν η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από φωτοβολταικά να μεταφέρεται σε όχημα χωρίς μπαταρίες αλλά με τη χρήση υπερπυκνωτών που αποτελούν ένα σύγχρονο τρόπο αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας.

         Σχεδιάστηκαν και κατασκευάστηκαν πλακέτες για τοποθέτηση των υπερπυκνωτών, μαζί με SMD εξαρτήματα για την προστασία τους.

          Το κύκλωμα και τα εξαρτήματα βρέθηκαν με αναζήτηση στο διαδίκτυο.

          Το τελικό αποτέλεσμα ήταν με τους υπερπυκνωτές φορτισμένους, το μοντέλο να κινηθεί αυτόνομα για λίγα λεπτά (3-4min) κάτι που θεωρήσαμε ικανοποιητικό. Η αυτονομία του μοντέλου αυξήθηκε με παραλληλισμό και άλλων υπερπυκνωτών με κατάλληλη σύνδεσή τους.

          Η φόρτιση των υπερπυκνωτών για διευκόλυνση μας στη διάρκεια των προσαρμογών γινόταν από τροφοδοτικό 220V ειδικά σχεδιασμένο και κατασκευασμένο για το έργο.

3. Σχεδίαση μοντέλου για αποφυγή συγκρούσεων

Με ειδικά εξαρτήματα (arduino, αισθητήρες υπερήχων, κινητήρες) σχεδιάστηκε σύστημα για αποφυγή συγκρούσεων του μοντέλου από εμπόδια στην τροχιά κίνησής του είτε με αναστροφή της κίνησης, είτε με ακινητοποίηση πέρα από κάποια απόσταση που ορίζεται από το πρόγραμμα στο arduino.

          Στην πλακέτα arduino συνδυάστηκαν δύο εφαρμογές που βρέθηκαν με αναζήτηση στο διαδίκτυο: η κίνηση στους τροχούς και η ανίχνευση της απόστασης.

          Επιπλέον βρέθηκε και προσαρμόστηκε εφαρμογή σε VB6 (στη διεύθυνση 9. Ρομποτική και στην παράγραφο 4. Έλεγχος arduino από τη VBASIC) μεταφοράς δεδομένων, από το arduino σε Η/Υ. Έγινε η κατάλληλη προσαρμογή ώστε να μεταφέρεται η απόσταση που μετρούν οι υπερηχητικοί αισθητήρες στον Η/Υ και να προβάλλεται στην οθόνη, δηλαδή προέκυψε ένα είδος ηχητικού ραντάρ με κατάλληλο λογισμικό απεικόνισης.

Οι συμμετέχοντες μαθητές:

Στέφανος Κούμαρης (Α1)
Ισμήνη Δεληνικόλα (Α1)
Ανδρέας Γαιτάνος (Α1)
Πέτρος Ζαβαλάνι (Α1)

Στέφανος Ρεντζούλας (Α2)
Νικολάι Πρελορέντζος (Α2)
Ελευθέριος Ράντος (Α2)
Άγγελος Ντάκα (Α2)
Τζουγανάτος Γεράσιμος (Α2)
Διονύσης Ιουσουφάι (ΓΗΝ)

Άρης Γκούμα (ΓΗΝ)
Στέλιος Δεληνικόλας (ΓΗΝ)
Παντελής Μαδαρός (ΓΗΝ)

Οι εκπαιδευτικοί:

Ισίδωρος Μάριος Αντωνελάκης

Σωφρόνης Καλπογιάννης

Λάμπρος Μανασής

Φωτεινή Πιστόλα

Παναγιώτης Λασκαρίδης