Green-to Smart Home
Ομάδα-Ιδέα
Η ομάδα μας ονομάζεται ROBOTECH και αποτελείται από την Γιωργαρά Βάσια, μαθήτρια β λυκείου και τον καθηγητική πληροφορικής Αλέξανδρο Καίσερλη.
Εισαγωγή
Ένα συνηθισμένο πρόβλημα που αντιμετωπίζει κάθε άνθρωπος σήμερα είναι αυτό της υψηλής κατανάλωσης ρεύματος και νερού οπού τις περισσότερες φορές γίνεται άσκοπα . Τα σπίτια χρησιμοποιούν πολύ μεγάλες ποσότητες ενέργειας, η οποία είναι απαραίτητη για τη θέρμανση και το φωτισμό τους και αυτό έχει αντίκτυπο στο περιβάλλον με την εκπομπή ρύπων. Παρ’ όλα αυτά, μέχρι και κάποια χρόνια πριν, δεν υπήρχε πρόβλεψη για την κατασκευή σπιτιών με υλικά και τεχνολογίες που να μειώνουν τόσο την αποβολή βλαβερών αερίων προς το περιβάλλον, όσο και να εξασφαλίζουν την εξοικονόμηση ενέργειας των ενοίκων ώστε να τους παρέχει καλύτερη ποιότητα ζωής, ενώ ταυτοχρόνως να τους ωφελεί οικονομικά.
Η ιδέα μας λοιπόν αφορά ένα έξυπνο σπίτι το οποίο με την χρήση αισθητήρων και ενεργοποιητών ,θα μας βοηθάνε να εξοικονομήσουμε και να καταναλώσουμε λιγότερη ενέργεια ,λιγότερο νερό ,να έχουμε καλύτερη διαχείριση των απορριμμάτων, να προστατέψουμε το περιβάλλον αλλά ταυτόχρονα να ωθήσουμε τον κάτοικο προς μια πράσινη οικονομία, όλα αυτά με τον διάχυτο υπολογισμό, χωρίς δηλαδή ο κάτοικος να χρειαστεί να επέμβει σε κανένα σημείο.
Περιγραφή
Κοντά στην κεντρική είσοδο είναι τοποθετημένο ένα RFID Scanner για την ανίχνευση του κάτοικου μέσα στο χώρο όπου θα μπορεί να ενεργοποιεί τα led και το DC Motor όταν ο χρήστης βρίσκεται στο χώρο και να τα απενεργοποιεί όταν φεύγει.(είναι συνδεδεμένο με μια πλακέτα raspberry pi 4, όπου βρίσκεται στο εξωτερικό του σπιτιού.) ‘Όσον αφορά την ενέργεια , θα βλέπουμε πόσο καταναλώνει μια συσκευή μέσω του Power Monitor Hat και ανάλογα θα ειδοποιεί τον χρήστη .Τα δεδομένα αυτά θα στέλνονται στον cloud, όπου θα γίνεται η κατάλληλη επεξεργασία και θα παίρνονται οι αποφάσεις για να γίνουν οι κατάλληλες ενέργειες(ειδοποίηση κάτοικου, απενεργοποίηση συσκευής)
Για την εξοικονόμηση νερού, προτείνουμε το αυτόματο πότισμα ανάλογα με τον καιρό της περιοχής μας, τον οποίο θα τον παίρνουμε από το cloud. Επίσης θα μετράμε την κατανάλωση του νερού, και ανάλογα θα ειδοποιούμε τον κάτοικο, έτσι ώστε να εξοικονομεί περισσότερο νερό στο πότισμα φυτών και λουλουδιών. Αυτό θα γίνει με την χρήση βαλβίδας και Water Flow Sensor(αισθητήρας ροής) που θα βρίσκεται στη βρύση που θα ποτίζονται τα φυτά , έτσι ώστε αυτόματα να ελέγχεται η κατανάλωση νερού και να ενεργοποιείται και να απενεργοποιείται η βρύση, αλλά και να ρυθμίζεται πόση ώρα θα ποτιστούν τα φυτά, ανάλογα με τον καιρό της ημέρας τον οποίο θα παίρνουμε αυτόματα από το cloud.
Για την ανακύκλωση, ο κάδος του σπιτιού περιέχει ένα κόκκινο led το οποίο ανάβει κάθε φορά που υπάρχουν μέσα πολλά σκουπίδια και ειδοποιεί τον χρήστη με μηνύματα να τα πετάξει στον εξωτερικό κάδο. Αυτό θα γίνεται με έναν ultrasonic sensor στο εσωτερικό και ένα Servo Motor στο καπάκι του κάδου ,συνδεδεμένα με το raspberry pi 4.
Για να ωθήσουμε τον κάτοικο την πράσινη οικονομία , θα υπάρχει ένα Greenscore κάθε δύο μέρες, που όταν ο χρήστης δρα οικολογικά, θα τον επιβραβεύει. Αυτό θα γίνεται δίνοντας βαρύτητα σε κάποια στοιχεία σχετικά με την κατανάλωση ενέργειας και την ώρα που καταναλώνεται η περισσότερη ενέργεια, ένας υπολογισμός που θα γίνεται αυτόματα και θα ενημερώνει τον χρήστη για την απόδοση που είχε σε καθημερινή βάση με ένα τελικό βαθμό Green.
Υλικά ιδέας-Κόστος-Εργαλεία
| υλικά | τιμή |
| Raspberry pi 4 B 2GB | 90 |
| καλώδια | 2 |
| Ultrasonic sensor x3 | 12 |
| Power Monitor HAT | 12 |
| RFID kit | 6 |
| Led lamps | 1 |
| Water flow sensor | 9 |
| ΣΥΝΟΛΟ | 132 |
Ξύλα: βάση 40×50 και 4 ξύλα για τοίχους 30 εκ 19×27
| Υλικά διακόσμησης | |
| κόλλα, μπογιές ακριλικές (γκρι,άσπρη), πινέλο,χαρτόνια,φράκτης,καρότσι με λουλούδια,δέντρα
|
|
| 20 γωνίες και 50 βίδες
ΣΥΝΟΛΟ 23,5 |
|
Εργαλεία: κατσαβίδι,πένσα,3D Printer,laser cutter,βίδες και γωνίες,τριπάνι,πριόνι,κοπίδι,ψαλίδι
Υλοποίηση
Πρώτα βρήκαμε το πρόγραμμα για κάθε ένα αισθητήρα και τα συνδέσαμε όλα μαζί σε μια πλακέτα δοκιμών.Επίσης βρηκάμε ένα μαθηματικό τύπο έτσι ωστέ να υπολογίζει και να εμφανίζει το green score του κάτοικου.
Δέυτερο βήμα ήταν να συνδέσουμε στο HAT 2 led και το motor DC για να ελέγχουμε πόσο ρεύμα καταναλώνουν. Συνεπώς φτιάξαμε ένα κύκλωμα χρησιμοποιώντας iron soldering για να κολλήσουμε τα καλώδια μεταξύ τους.
Βήμα τρίτο ενώσαμε την βαλβίδα για το πότισμα με το relay και 12v μπαταρίες
Μετά φτιάξαμε το σχεδίο του σπιτιού και που θα τοποθετηθεί η κάθε συσκευή
Βήμα 5ο ήταν να μετρήσουμε τις διαστάσεις στις ξύλινες βάσεις και να σχεδιάσουμε το περίγραμμα, το εσωτερικό, την πόρτα και τα παράθυρά του.
https://youtube.com/shorts/65cJz8qJR6Q
Έπειτα κόψαμε τα ξύλα με το laser cutter και εκτυπώσαμε με το 3D printer τον κάδο απορρημάτων.
Βήμα 7ο φτιάξαμε την μακέτα του σπιτιού. Ενώσαμε δηλαδή τα ξύλα με γωνίες και βίδες πάνω στη βάση.
Βήμα 8ο το βάψαμε και το διακοσμήσαμε εσωτερικά και εξωτερικά.
Βήμα 9ο τοποθετήσαμε τα εξαρτήματα στη κατάλληλη θέση και τον κάδο στο εξωτερικό της αυλής του σπιτιού.
Βήμα 10ο έγιναν οι κατάλληλες δοκιμές ώστε να σιγουρευτούμε ότι όλα λειτουργούν σωστά μεταξύ τους και δεν χρειάζονται κάποια αλλαγή η βελτίωση.
Κώδικας-Green score-Cloud.
Ο πλήρης κώδικας υπάρχει στο προφίλ μας στο github: https://github.com/VasiaGiorgara/GreenHome
Cloud RFID: Με τη χρήση ενός κώδικα python έχει φτιαχτεί μια λίστα με τα ονόματα που μπορούν να έχουν πρόσβαση στο σπίτι. Αν το rfid αναγνωρίσει κοντά του ένα rfid τσιπάκι (μέσω κλειδιού η κάρτας) τότε το σκανάρει και αν το νούμερο και το όνομα του υπάρχει στη λίστα (είναι δηλαδή κάτοικος) τότε στέλνει στο cloud ‘όνομα’ in αν μπαίνει και out αν φέυγει.Επίσης, αν είναι νύχτα και τα φώτα είναι σβηστά με την είσοδο του χρηστή θα τα ενεργοποιεί και με την έξοδό του θα τα σβήνει.Τέλος, μετράει την θερμοκρασία και αν είναι πάνω από 21 βαθμούς θα ενεργοποιεί το DC Motor. Ακόμα όταν μπαίνει κάποιος στέλνει email το όνομα του.
Cloud HAT: παίρνουμε τα watt που καταναλώνει κάθε κανάλι, κάθε δευτερόλεπτο και τα αθροίζουμε ώστε να βρούμε τις κιλοβατώρες και τα μεσάνυχτα στέλνονται τα δεδομένα στο cloud.Αργότερα μέσω αυτού μπορούμε να υπολογίσουμε το Green score και τη χρέωση της εταιρίας ανάλογα με την τιμολογιακή πολιτική του εκάστωτε παρόχου.
Cloud weather: Κάναμε εγγραφή στο API Open Weather Map που είναι δωρεάν μέχρι 1000 calls την ημέρα. Από εκεί παίρνουμε την μέση θερμοκρασία , την μέση βροχή της ημέρας και την συννεφιά.
Cloud Κάδος: όταν το ultrasonic ανιχνεύσει σκουπίδια απόστασης 5 εκατοστών θα στέλνει ένα email στον κάτοικο ότι ο κάδος έχει γεμίσει.
Cloud valve: αρχικά ξέρουμε ότι οι λεμονιές θέλουν περίπου 25 λίτρα και επειδή έχουμε 5 γίνεται επί 5 . θέλουμε να παίρνουμε την θερμοκρασία της ημέρας και αν είναι κατά από 10 ποτίζουμε ανά 14 μέρες αν είναι κάτω από 15 ανά 10 μέρες, αν είναι κάτω από 20 ανά 7. Ουσιαστικά ελέγχουμε πόσα λίτρα ανά τετραγωνικό έχει βρέξει και τα αφαιρούμε από το λίτρα που πρέπει να ποτίσουμε.
Green score: Αν, μια ηλεκτρική κουζίνα ισχύος Ρ = 3000W, που λειτουργεί για χρόνο t = 2h, «καταναλώνει» ενέργεια:
W = P·t = 3KW·2h = 6KWh
με κόστος: Λ = 6KWh·25 ευρώ.KWh = 150ευρώ.