Έξυπνος ψηφιακός σχολικός βοηθός με έμφαση στην υποβοήθηση αντιμετώπισης της πανδημίας

Έξυπνος ψηφιακός σχολικός βοηθός με έμφαση στην υποβοήθηση αντιμετώπισης της πανδημίας

Τίτλος έργου: «Έξυπνος ψηφιακός σχολικός βοηθός με έμφαση στην υποβοήθηση αντιμετώπισης της πανδημίας του COVID-19»

Εποπτικό Διαγραμμα του Συστήματος

Παρακάτω περιγράφεται η υλοποίηση του έργου για την συμμετοχή του Εσπερινού ΕΠΑΛ Αλιάρτου στον «3ο Πανελλήνιο Διαγωνισμό Ανοιχτών Τεχνολογιών στην Εκπαίδευση»

Περιγραφή

Στο παρόν έργο, η ομάδα μας υλοποίησε ένα ψηφιακό σχολικό βοηθό βασισμένο σε καινούργιες τεχνολογίες και στην τεχνητή νοημοσύνη. Πιο συγκεκριμένα, το σύστημά μας προσπαθεί να βοηθήσει τον εκπαιδευτικό στο έργου του καθώς και τον μαθητή στην παρακολούθηση μαθημάτων και εκπόνηση εργασιών και ασκήσεων. Θα μπορούσαμε να πούμε ότι βασικός του στόχος είναι η απαλοιφή, όσο το δυνατόν περισσότερο της σπατάλης χρόνου σε διαδικαστικά θέματα που προηγούνται της εκπαιδευτικής διαδικασίας.

Η εξοικονόμηση του χρόνου αυτού φυσικά κερδίζετε σε όφελος του πραγματικού εκπαιδευτικού έργου. Ο παραπάνω άξονας όμως είναι κάτι παραπάνω από μία τεχνολογική βοήθεια. Θα μπορούσαμε να πούμε ότι μέσω αυτής της διαδικασίας, σε επίπεδο αλλαγής στάσεων και συμπεριφορών, τόσο μαθητές όσο και οι καθηγητές μπορούν να γίνουν βιωματικά μέτοχοι σε μία διαδικασία εσωτερικής δόμησης και αποτελεσματικότητας της εκπαιδευτικής διαδικασίας. Με άλλα λόγια, όταν συνηθίσεις στην καθημερινότητά σου να ασχολείσαι με τα σημαντικά και την παραγωγή έργου και αποτελέσματος τότε αυτό γίνεται συνήθεια και κτήμα σου. Επίσης βοηθά ταυτόχρονα και στη συνειδητοποίηση της αξίας του χρόνου και της προσπάθειας που δεν πρέπει να «πάει χαμένη».

Πέραν των παραπάνω προβλημάτων, που καλείται το σύστημά μας να λύσει , η οδυνηρή πραγματικότητα της πανδημίας είμαι σαφέστατα το Μέγα πρόβλημα που εδώ και δύο χρόνια όλη η κοινωνία καθώς και η εκπαιδευτική κοινότητα προσπαθεί να αντιμετωπίσει. Σαφώς λοιπόν η σύγκλιση των παραπάνω αξόνων με με την προσπάθεια αντιμετώπισης της πανδημίας είναι κάτι παραπάνω από επιθυμητή. Η διευκόλυνση στην τήρηση των μέτρων για την αντιμετώπιση της πανδημίας στην σχολική καθημερινότητας είναι απαραίτητη.

Για τους παραπάνω λόγους δώσαμε ιδιαίτερη έμφαση στην δημιουργία υποσυστημάτων του βοηθού μας τα οποία προσπαθούν επικουρικά και συμβουλευτικά να μας βοηθήσουν στην προσπάθεια της αποφυγής εξάπλωσης της πανδημίας

Δομή – Χρήση

 Υλοποίηση του συστήματος

Το σύστημα περιλαμβάνει τα ακόλουθα μέρη:

1. Σταθμός τύπου Α

Κεντρικός Σταθμός Σχολείου – Raspberry Pi 4

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

Είναι ο κεντρικός server του συστήματος και του Σχολείου , ο οποίος φιλοξενεί διάφορες υπηρεσίες ( mqtt server, ftp server ή και cloud services , κ.τ.λ).

Οι εκπαιδευτικοί μέσω κατάλληλων λογαριασμών μπορούν να ανεβάζουν το εκπαιδευτικό περιεχόμενο για τα μαθήματα τους στο σταθμό αυτό. Με παρόμοιο τρόπο και οι μαθητές θα μπορούσαν να ανεβάζουν εργασίες και λύση ασκήσεων.

Ο σταθμός αυτός που είναι ενήμερος για το ωρολόγιο πρόγραμμα του σχολείου , μέσω κατάλληλου software, κάνει διαθέσιμο το υλικό αυτό και το δικαίωμα χρήσης τους στους σταθμούς τύπου Β (σταθμός τάξης).

Επίσης, ο σταθμός αυτός ενημερώνεται από τους σταθμούς τύπου Γ (Τοπικός Controler) για την τήρηση των αποστάσεων λόγω πανδημίας και διατηρεί τα κατάλληλα στατιστικά

ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ 1

Αλγόριθμος τήρησης κοινωνικών αποστάσεων

Στο  παραπάνω βίντεο , παρουσιάζουμε  ένα απο τα αποτελέσματα της λειτουργία  εκτέλεσης του Αλγόριθμου τήρησης κοινωνικών αποστάσεων , στον κεντρικό σταθμό του «Αυτόματου Σχολικού Βοηθού» (Raspberry Pi 4).

Πιο συγκεκριμένα, τοποθετήσαμε τον τοπικό βοηθητικό σταθμό τύπου Γ ESP32-CAM  , προσωρινά και  για πειραματικούς λόγους  έξω από το εργαστήριο πληροφορικής και στην είσοδο του σχολείου.  Η κάμερα κατέγραψε τα μέλη της ομάδας μας τα οποία αναπαριστούσαν ένα τυχαίο περίπατο στους  εξωτερικούς χώρους. Ταυτόχρονα είχαμε μετακίνησει και τον κεντρικό σταθμό Raspberry 4 έτσι ώστε και οι δύο να είναι εντος της εμβέλειας του  wi-fi και να μπορεί να γίνεται η μετάδοση από την κάμερα στον κεντρικό σταθμό. Με είσοδο το streaming της κάμερας, τρέξαμε τον αλγόριθμο μας και  τα αποτελέσματα φαίνονται στα τρία βίντεο που δημοσιεύονται.

Όσον αφορά την δομή του αλγόριθμου, βασιστήκαμε στα  ευρέως χρησιμοποιούμενα: τον  αλγόριθμο YOLO v3  , την βιβλιοθήκη OPENCV.

Το YOLO (“You Only Look Once”  ) είναι ένα έξυπνο Συνελικτικό Νευρωνικό Δίκτυο (CNN) για Ανίχνευση Αντικειμένων, που δημιουργήθηκε από τον Joseph Redmon. Αποτελεί έναν από τους πιο σύγχρονους αλγόριθμους  στην αναγνώριση πολλαπλών αντικειμένων (multiple object detection). Αυτό που το κάνει ξεχωριστό είναι η δυνατότητά του να μπορεί να τρέχει σε πραγματικό χρόνο, αλλά ταυτόχρονα να κρατάει την πολύ υψηλή του αποδοτικότητα. Χρησιμοποιεί το Νευρωνικό δίκτυό του  με ένα πέρασμα (όπως δηλώνει και το όνομά του) και κοιτάει την εικόνα για αντικείμενα, στα οποία έχει εκπαιδευθεί.

Το YOLOv3, μια από τις τελευταίες παραλλαγές του αλγορίθμου ανίχνευσης αντικειμένων,  μπορεί να αναγνωρίσει 80 διαφορετικά αντικείμενα σε εικόνες και βίντεο και είναι εξαιρετικά γρήγορο και έχει εξαιρετική ακρίβεια. Στην συγκεκριμένη εργασία, μας ενδιέφερε μόνο η κλάση person, την οποία και εκμεταλλευθήκαμε  από τα αποτελέσματα του αλγορίθμου.

 

ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ 2

Επικοινωνία MQTT

 

Στο  παραπάνω βίντεο , παρουσιάζουμε την λειτουργία του κεντρικού σταθμού «Αυτόματου Σχολικού Βοηθού «του Σχολείου (Raspberry Pi 4) ως προς τον τρόπο επικοινωνίας με τους τοπικούς σταθμούς , και ειδικότερα το βασικό πρωτόκολλο επικοινωνίας , που είναι το MQTT.

Καταρχάς εγκαταστήσαμε στο Raspberry Pi 4, το λογισμικό Eclipse Mosquitto MQTT broker. Όλοι οι σταθμοί του δικτύου μας, όταν ενδιαφέρονται για κάποιο μήνυμα η εντολή που πρέπει να εκτελέσουν σχετικά με τον «Αυτόματο Σχολικό Βοηθό» απευθύνονται στον Mosquitto MQTT broker. Το ενδιαφέρον αυτό εκδηλώνεται με το να γίνονται συνδρομητές (Subscribers) στο καταλληλο θέμα (Τopic), που τους ενδιαφέρει. Συνδρομητής (Subscriber) μπορεί να γίνει οποιοδήποτε πρόγραμμα ή υπηρεσία οποιουδήποτε σταθμού, συμπεριλαμβανομένου και του ίδιου του κεντρικού σταθμού.

Από την άλλη μεριά, όσοι ενδιαφέρονται να ελέγξουν μία συσκευή ή να κάνουν μια ενέργεια γίνονται εκδότες (Publishers) τέτοιων μηνυμάτων προς το κατάλληλο θέμα (Τopic) του MQTT Mosuitto broker. Στο συγκεκριμένο παράδειγμα που παρουσιάζεται στο βίντεο, δείχνουμε απλουστευμένα το μηχανισμό αυτό. Με άλλα λόγια , έχουμε βάλει ένα κόμβο του Note red ο οποίος κάθε 3 δευτερόλεπτα μεταδίδει μία συγκεκριμένη εντολή προς τον βιντεοπροβολέα της αίθουσας πληροφορικής. Δηλαδή, το συγκεκριμένο flow του Node-Red γίνεται ένας εκδότης Publisher , που έχει διαμορφωθεί στο να επικοινωνεί με τον MQTT Mosuitto broker.

Θα μπορούσαμε να φτιάξουμε σε python to αντίστοιχο πρόγραμμα για μετάδοση (Publishing) των εντολών αλλά προτιμήσαμε το Node-Red για τους παρακάτω λόγους:

  • ευκολία χρήσης και εκμάθησης
  • δυνατότητα Web User Interface προσθέτοντας κόμβους Dashboard
  • για να εξοικειωθούμε με ένα καινούργιο εργαλείο όπως το Node-Red
  • για να εξοικειωθούμε με γραφικό προγραμματισμό
  • εναλλακτικό τρόπο προγραμματισμού με JavaScript
  • δυνατότητα σύνδεσης πολλαπλών χρηστών και παράλληλου πραγματισμού

ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ 3

Χρονοπρογραμματισμός

Στο  παραπάνω βίντεο , παρουσιάζουμε την λειτουργία του κεντρικού server του συστήματος και του Σχολείου (Raspberry Pi 4),  ως προς τον τρόπο που υλοποιήθηκε η μεταφορά εντολών προς τους τοπικούς σταθμούς με βάση  οποιοδήποτε επιθυμητό χρονοπρόγραμμα.

Πιο συγκεκριμένα, έχουμε εγκαταστήσει το Node-Red, το οποίο είναι ένα γραφικό περιβάλλον προγραμματισμού του Server. Στο παράδειγμά μας, στη ροή (Flow) που επιδεικνύουμε έχουμε χρησιμοποιήσει σαν βασικό module χρονοπρογραμματισμού το easy-timer. Επιπλέον έχουμε δημιουργήσει ένα Dashboard του Node-Red το οποίο στην ουσία είναι μία ιστοσελίδα που παρέχει ένα Web User Interface για να περάσουμε τις παραμέτρους χρονών για το άνοιγμα και κλείσιμο των διαφόρων συσκευών. Στο ενδεικτικό πρόγραμμα,  όπως φαίνεται και στο βίντεο, δίνουμε το χρόνο ανοίγματος και κλεισίματος μόνο για τον βιντεοπροβολέα της αίθουσας πληροφορικής.

Αυτό φυσικά θα μπορούσε να επεκταθεί και σε άλλες αίθουσες με καινούργιες καρτέλες στο web Interface. Επιπρόσθετα, θα μπορούσε να επεκταθεί και με επιπλέον παραμέτρους χρόνου για διαδοχικά ανοίγματα και κλεισίματα της ίδιας συσκευής. Σε μελλοντική επέκταση, θα ήταν καλό ο αυτόματος προγραμματισμός των παραμέτρων χρόνου κατευθείαν από το αρχείο που περιέχει το πρόγραμμα του σχολείου (Excel παραδείγματος χάρη).

Επίσης, να παρατηρήσουμε ότι η τελική εντολή εκπέμπεται σαν ένα MQTT μήνυμα στο θέμα (topic) που όπως βλέπουμε και το βίντεο είναι δομημένο έτσι ώστε να προσδιορίζει αίθουσα μηχάνημα και εντολή (topic=AITHOYSES/AITHOYSA1/ENTOLES/projector”). Το μήνυμα αυτό, φυσικά, λαμβάνεται μόνο από τους ενδιαφερόμενους συνδρομητές σταθμούς (Subscribers) και εκτελείται δίνοντας στο τοπικό μηχάνημα την αντίστοιχη εντολή.

2. Σταθμός τύπου Β

Τοπικός Σταθμός Τάξης- Raspberry Zero

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

Ο σταθμός αυτός είναι επιφορτισμένος με τον τοπικό έλεγχο και αυτοματοποίηση του εκπαιδευτικού έργου σε επίπεδο Τάξης και ωρολογίου προγράμματος.

Επίσης, ελέγχει τα τοπικά εποπτικά ψηφιακά μέσα (όπως βιντεοπροβολείς, τηλεοράσεις, ηχεία, κ.τ.λ.). Ο έλεγχος αυτός επιτυγχάνεται μέσω mqtt πρωτόκολλου ( subscribe – Publish στα κατάλληλα topics ) με τους σταθμούς τύπου Γ και Δ οι οποίοι αποτελούν τις γέφυρες gateways με το πραγματικό Hardware ή τα αντίστοιχα μηχανήματα.

Ένα ενδεικτικό σενάριο χρήσης είναι το παρακάτω. Στην έναρξη της διδακτικής ώρας ενεργοποιεί τον βιντεοπροβολέα , προβάλλοντας την παρουσίαση του καθηγητή που σύμφωνα με το ωρολόγιο πρόγραμμα έχει μάθημα την ώρα αυτή. Το αντίστοιχο αρχείο παρουσίασης και τις πληροφορίες ωραρίου και προφίλ καθηγητή έχουν όπως είπαμε ανακτηθεί από τον κεντρικό σταθμό τύπου Α του σχολείου.

Η ενεργοποίηση και επιβεβαίωση το προφίλ του καθηγητή γίνεται μέσω αναγνώρισης προσώπου και επιβεβαίωσης που παρέχεται από τον σταθμός τύπου Γ. Επίσης, ο σταθμός αυτός αναλαμβάνει την αναγνώριση και εκτέλεση των φωνητικών εντολών που μπορούν να τροποποιήσουν την παραπάνω ροή γεγονότων. Τέλος, ο σταθμός αυτός είναι υπεύθυνος για την καθοδήγηση μέσω ηχητικών η οπτικών μηνυμάτων για τη σωστή ή όχι Λειτουργία των διαδικασιών , καθώς επίσης και για την τήρηση των αποστάσεων λόγω Κορονοϊού

 

ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ

Στο  παραπάνω βίντεο , παρουσιάζουμε την λειτουργία του τοπικού σταθμό της τάξης (Raspberry Zero) και την επικοινωνία του μεσω MQTT client σε python. Ο σταθμός αυτός μέσω κατάλληλου προγράμματος σε python (MQTT client) επικοινωνεί με τον κεντρικό του Σχολείου (Raspberry 4) στον οποίο είναι εγκατεστημένος ένας MQTT server (Mosquitto) .

Πιο συγκεκριμένα , γίνετε συνδρομητής (κάνει subscribe) σε μηνύματα που προέρχονται (έγιναν Publish) είτε από τον κεντρικό σταθμό (Raspberry 4) είτε από τον τοπικό ελεγκτή (WeMos D1 Mini ESP8266). Επίσης ο σταθμός αυτός έχει συνδεδεμένη έξοδο οθόνης HDMI με την αντίστοιχη του προτζέκτορα. Επομένως μπορεί να προβάλει την επιφάνεια εργασίας του είτε να ανοίξει οποιοδήποτε πρόγραμμα και αρχείο βρίσκεται σε αυτόν (άρα και τα αρχεία του φακέλου του εκπαιδευτικού ή μαθητή) .

Τα παραπάνω γίνονται αυτόματα είτε μέσω χρονοπρογραμματισμού με βάση το πρόγραμμα του σχολείου είτε με αντίστοιχες εντολές από τηλεκοντρόλ. Τέλος ανάλογα το πλήκτρο του τηλεκοντρόλ είτε την εντολή από τον κεντρικό σταθμό είτε τέλος του χρόνοπρογράμματος μια εφαρμογή σε Python αναλαμβάνει την εκτέλεσή της και άνοιγμα του προκαθοριμένου προγράμματος ή αρχείου. Φυσικά η εντολή αυτή μπορεί να προγραμματιστεί από εμάς να είναι οπιαδήποτε και ανάλογα με την επιθυμία μας

Προς το παρόν οι υλοποιημένες εντολές είναι :

  • Εντολές μέσω χρονοπρογράμματος απο τον κεντρικό (πρόγραμμα σε NodeRed)
  • Άνοιγμα και κλείσιμο του προτζέκτορα της τάξης
  • Προβολή ενός αρχείου από το φάκελο του εκπαιδευτικού
  • Αυτόματη προβολή ακολουθιακά όλων των αρχείων του φακέλου του εκπαιδευτικού ή μαθητή
  • Προβολή επόμενο αρχείο στον φάκελο
  • Προβολή προηγούμενο αρχείο στον φάκελο

3. Σταθμός τύπου Γ

Τοπικός Controller Τάξης

Camera Module  ESP32-CAM

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

Ο σταθμός αυτός είναι επιφορτισμένος με τις παρακάτω λειτουργίες

  • χρησιμοποιείτε για επόπτευση χώρων και μεταφέρει την οπτική πληροφορία προς επεξεργασία εικόνας ( YOLO  real-time object detection) στον κεντρικό server του συστήματος όπου υπολογίζεται και καταδεικνύεται αν τηρούνται οι αποστάσεις μεταξύ μαθητών
  • επικοινωνεί μέσω του πρωτοκόλλου mqtt με τον τοπικό σταθμό τάξης τύπου Β
    ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΕΚΤΑΣΕΙΣ
  • αναγνώριση προσώπου και ενεργοποίηση του προφίλ το αντίστοιχο καθηγητή
  • μέσω των αχρησιμοποίητων gpio pins μπορεί να ελέγχει τα ψηφιακά μηχανήματα της τάξης
  • να μπορεί να ελέγχει  και να μεταδίδει σε βιντεοπροβολείς ή τηλεοράσεις

ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ

Στο  παραπάνω βίντεο , παρουσιάζουμε  ένα απο τα αποτελέσματα  μιας ροής βίντεο που κατέγραψε ο  σταθμός ESP32-CAM. Το βίντεο διοχετεύθηκε  στον κεντρικό σταθμό του «Αυτόματου Σχολικού Βοηθού» (Raspberry Pi 4) και μετά την εκτέλεσης του Αλγόριθμου τήρησης κοινωνικών αποστάσεων παρήχθηκε  παραπάνω βίντεο.

Καταρχάς , στον controller αυτό (ESP32-CAM) έχουμε εγκαταστήσει το firmware Tasmota για την εκτέλεση του έργου του  Στο παρακάνω βίντεο , παρουσιάζουμε την διαδικασία εγκατάστασης και την χρήση του νεοεισαγώμενου web-installer.

Το Tasmota   είναι ένα υλικολογισμικό (firmware ) ανοιχτού κώδικα δημιουργήθηκε και διατηρείται  από τον Theo Arends

Ξεκίνησε ως εναλλακτική λύση για το εμπορικό υλικολογισμικό συσκευών Sonoff και προχώρησε σε ένα ανεξάρτητο, δωρεάν και ανοιχτού κώδικα έργο που παρέχει πολλαπλά firmware για συσκευές που βασίζονται στον μικροελεγκτή  ESP8266 αλλα και στον  ESP32  . Το Tasmota    αφού εγκατασταθεί στον μικροελεγκτή,  μας δίνει ένα απλό web user interface για έλεγχο της συσκευής και παραμετροποίηση  σύμφωνα με τις απαιτήσεις μας.  Επιπλέον της παραπάνω διεπαφής (web user interface)  μέσω του φυλλομετρητή μας, μας προσφέρεται η δυνατότητα για να δίνουμε εντολές στις συσκευές μας μέσω HTTP είτε  MQTT καθώς και κονσόλας. Παρακάτω παραθέτουμε ενδεικτικές εντολές:

 

Εντολή Ορισμός παράμετροι
Wc Εμφανίζει όλες τις τρέχουσες ρυθμίσεις κάμερας
WcBrightness Φωτεινότητα εικόνας -2-1012
WcContrast Αντίθεση εικόνας -2-1012
WCFlip Αναστρέφει την εικόνα κάθετα 10
WcInit Αρχικοποιεί τον διακομιστή κάμερας web HTTP
WCMirror Αναστρέφει την εικόνα οριζόντια 10
WcResolution Ανάλυση εικόνας 0FRAMESIZE 96x96
…………………………………………………………………….
10FRAMESIZE 1024x768
11FRAMESIZE 1280x720
12FRAMESIZE 1280x1024
13FRAMESIZE 1600x1200
WcRtsp Διακομιστής RTSP 0: απενεργοποίηση,: 1ενεργοποίηση
WcSaturation Κορεσμός εικόνας -2-1012
WcStream Ελέγχει τη ροή βίντεο 0: στάση,: 1έναρξη

Η ροή MJPEG είναι προσβάσιμη στην κεντρική σελίδα του webUI  http://DEVICE_IP:81/streamή http://DEVICE_IP:81/cam.mjpeg

Η ροή βίντεο  είναι προσβάσιμη μέσω RTSP χρησιμοποιώντας την ακόλουθη διεύθυνση:rtsp://DEVICE_IP:8554/mjpeg/1

Μπορούμε επίσης να λάβομε ένα μόνο στιγμιότυπο στο http://DEVICE_IP:80/snapshot.jpg.

4. Σταθμός τύπου Δ

Τοπικός Controller Τάξης

WeMos D1 Mini ESP8266

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

Ο σταθμός αυτός είναι προαιρετικός. Συνίσταται να χρησιμοποιηθεί αντί του σταθμού Γ , όπου δεν χρειάζεται αναγνώριση εικόνας. Αλλά χρειάζεται να ελεγχθεί μόνο Hardware. Το πλεονέκτημα του είναι ότι έχει περισσότερα gpio pins.Οι λειτουργίες του είναι παρόμοιες με του σταθμού τύπου Γ

ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ

Στο  παραπάνω βίντεο , παρουσιάζουμε την λειτουργία του τοπικού controller της τάξης (WeMos D1 Mini ESP8266) καθώς και την επικοινωνία του με τον τοπικό σταθμό της τάξης (Raspberry Zero). Ο σταθμός αυτός μέσω κατάλληλου κυκλώματος (IR Led – πομπός και δέκτης) το οποίο βρίσκεται ενσωματωμένο σε πλακέτα από πάνω του μπορεί να δέχεται να εκπέμπει σήματα υπερύθρων IR.

Επίσης αποκωδικοποιεί τα σήματα αυτά και τα στέλνεις μέσω wi-fi στο σταθμό της τάξης (Raspberry Zero) . Στον controller αυτό (WeMos D1 Mini ESP8266) έχουμε εγκαταστήσει το firmware Tasmota για την εκτέλεση του παραπάνω έργου. Πιο συγκεκριμένα η επικοινωνία και μετάδοση και λήψη των αποκωδικοποιητών σημάτων γίνεται μέσω του πρωτοκόλλου MQTT . Μέσω αυτού του πρωτοκόλλου τόσο ο τοπικός Σταθμός της τάξης (Raspberry Zero) όσο και ο κεντρικός του Σχολείου (Raspberry 4) γίνονται αποδεκτές των οποιωνδήποτε πλήκτρων του τηλεκοντρόλ.

Τέλος ανάλογα με τον κωδικό του πλήκτρου ένα πρόγραμμα σε Python αναλαμβάνει την αντιστοίχιση του σε κατάλληλη εντολή. Φυσικά η εντολή αυτή μπορεί να προγραμματιστεί από εμάς να είναι πάσης φύσεως και ανάλογα με την επιθυμία μας Επίσης και το πλήκτρο που αντιστοιχεί σε ενέργεια μπορεί να είναι οποίο θέλουμε.

Προς το παρόν οι υλοποιημένες εντολές είναι :

  • Άνοιγμα και κλείσιμο του προτζέκτορα της τάξης
  • Προβολή ενός αρχείου από το φάκελο του εκπαιδευτικού
  • Αυτόματη προβολή ακολουθιακά όλων των αρχείων του φακέλου του εκπαιδευτικού ή μαθητή
  • Προβολή επόμενο αρχείο στον φάκελο
  • Προβολή προηγούμενο αρχείο στον φάκελο

5. ΓΔ2 Βοηθητικό Υποσύστημα

(IR Gateway)

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

Tο υποσύστημα αυτό αναλαμβάνει την επικοινωνία και τον έλεγχο συσκευών που ελέγχονται μέσω προτοκόλλου υπερύθρων (IR protocol) ή με άλλα λόγια σyσκευών πολυμέσων που έχουν τηλεχειριστήριο.Δεν λειτουρεί αυτόνομα αλλά σε σύνδεση με έναν απο τους σταθμούς τύπου Γ ή Δ. Στην ουσία μεταφράζει τα μηνύματα Mqtt που λαμβάνει ο ελεγχτής σταθμός σε αντίστοιχες εντολές του IR protocol της συσκευής που πρέπει να ελεγχθεί και μετά τις μεταδίδει μέσω της διόδου υπερύθρων IR LED transmitter

Αρχικό κύκλωμα Πομποδέκτη Υπερύθρων
Κύκλωμα 1 : Αρχικό κύκλωμα Πομποδέκτη Υπερύθρων

ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ

Στις εικόνες που παραθέτουμε στην ενότητα αυτή , φαίνονται τα δύο κυκλώματα που χρησιμοποιήσαμε  για την υλοποιήση του IR Gateway

και για τους πειραματισμούς μας.

Το Κύκλωμα 1 πού αναγράφεται ως αρχικό  χρησιμοποιήθηκε στις αρχές με καλά αποτελέσματα και λειτουργία όμως δεν μας κάλυπτε όταν θέλαμε μεγαλύτερη εμβέλεια στην επικοινωνία με το τηλεκοντρόλ.

Για τους παραπάνω λόγους χρησιμοποιήσαμε   το Κύκλωμα 2  πού αναγράφεται ως τελικό  και φαίνεται στην παρακάτω στην εικόνα.  Το κύκλωμα αυτό περιέχει 4 IR led , χωρικά κατανεμημένα,  έτσι ώστε να έχουν μεγαλύτερη κάλυψη και εμβέλεια προς όλες τις κατευθύνσεις.

 

Τελικό σε χρήση κυκλωμα Υπερύθρων
Κύκλωμα 2 : Τελικό σε χρήση κυκλωμα Υπερύθρων

Τρέχουσα αντιμετώπιση προβλήματος

Στην προσπάθειά μας να ερευνήσουμε την τρέχουσα κατάσταση και να παρατηρήσουμε τι λύσεις υπάρχουν σε παρόμοια προβλήματα καταλήξαμε στις παρακάτω διαπιστώσεις

Α. Όσον αφορά την πανδημία

Στην περίπτωση της αντιμετώπισης της πανδημίας , η προσπάθεια στηρίζεται στην υλοποίηση κεντρικών εντολών που λαμβάνονται ύστερα από στατιστικές παρατηρήσεις

  • Επομένως, δεν υπάρχει κάτι τεχνολογικό και αυτοματοποιημένο που να βοηθάει στην πρόληψη
  • Επίσης δεν υπάρχει διαδικασία που κυρίως συμβουλεύει και λιγότερο επιβάλλει στους ανθρώπους που καλούνται να υλοποιήσουν τα μέτρα.
  • Ειδικά σε εκπαιδευτικό περιβάλλον είναι σε όλους μας γνωστό, πόσο δύσκολο είναι να πείσεις εφήβους ή ακόμα περισσότερο να εγγυηθείς την εφαρμογή μέτρων «όταν ο εκπαιδευτικός _ είναι παρών αλλά και όταν είναι απών _».

Β. Όσον αφορά την χρησιμοποίηση της τεχνολογίας

Στον τομέα της χρησιμοποίησης της εκπαιδευτικής τεχνολογίας και υποβοήθησης με εκπαιδευτικό οπτικοακουστικό περιεχόμενο έχουμε να παρατηρήσουμε τα παρακάτω σχετικά με την ελληνική σχολική πραγματικότητα:

  • Αρκετά σχολεία που δεν έχουν κατάλληλες υποδομές οι έχουν πεπαλαιωμένες ή ανεπαρκείς
  • Αρκετά σχολεία που έχουν αρκετές έως και πολλές ψηφιακές διευκολύνσεις για τον εκπαιδευτικό έργο όμως αυτά δεν χρησιμοποιούνται λόγω:
    • της μη εξοικείωσης
    • του περιορισμένου χρόνου της διδακτικής ώρας
    • έλλειψη τεχνικών γνώσεων
    • έλλειψη τεχνικής υποστήριξης

      Αναγκαιότητα-Στόχοι του έργου

      Σύμφωνα με την ανάλυση των δεδομένων που παρουσιάστηκαν στην προηγούμενη παράγραφο, προέκυψε η ιδέα και η πρόταση για το παρόν σύστημα.

      Πιο συγκεκριμένα το σύστημα που προτείνουμε έχει τα παρακάτω χαρακτηριστικά τα οποία προσπαθούν να λύσουν τα προβλήματα που προέκυψαν κατά την έρευνά μας. Τα προτεινόμενα και επιθυμητά χαρακτηριστικά είναι τα εξής:

      • ο εκπαιδευτικός ασχολείται μόνο με την παραγωγή και εκπαιδευτικού υλικού και σχεδιασμού του μαθήματος και το παραγόμενο υλικό αποθηκεύεται, μεταφέρεται, ταξινομείται και ενεργοποιείται όσο το δυνατόν αυτοματοποιημένα
      • Δεν απαιτείται η γνώση των τεχνολογικών υποδομών του σχολείου
      • ελαχιστοποιείται η ανάγκη για τεχνική υποστήριξη
      • ελαχιστοποιείται ο χρόνος αλληλεπίδρασης με τα μηχανήματα

Περισσότερες πληροφορίες και τεκμηρίωση του έργου

  1. Σειρά βίντεο (playlist) σχετικά με την υλοποίηση του έργου και λεπτομέρειες για εγκατάσταση και χρήση
    (Περιγραφή Έργου Σχολικού Βοηθού)
    https://www.youtube.com/watch?v=TXi_Rk6sHGg&list=PL3BpHR7KN3z14OLyJUfApZnECfTMZNcs8
  2. Σειρά βίντεο (playlist) σχετικά με την πειραματική διαδικασία σχετικα με τον αλγόριβμο αναγνώρισης ατόμου
    (ΕΠΑΛ ΑΛΙΑΡΤΟΥ Πειράματα εφαρμογής αλγορίθμο)
    https://www.youtube.com/watch?v=hZ1zi9_eIq8&list=PL3BpHR7KN3z1dGxGGSAkyuGgAHgk08K8T
  3. Αποθετήριο του έργου στο Github (/AI-School-Assistant)
    https://github.com/epal-aliartou/AI-School-Assistant
  4. Επιπλέον Υλικό Πηγές και αποτελέσματα υλοποίησης https://docs.google.com/document/d/1TA33xbDvdgUPP1o3eRQaSZTSKhIJrO7CkHP07S7eXCA/edit?usp=sharing

Η ομάδα εν Δράσει….