Πανελλήνιος Διαγωνισμός Ανοιχτών Τεχνολογιών στην Εκπαίδευση

Εξοικονόμηση Ενέργειας και Υδάτινων Πόρων στο δημόσιο σχολείο – Ε.Κ. Πρέβεζας

Εξοικονόμηση Ενέργειας και Υδάτινων Πόρων στο δημόσιο σχολείο – Ε.Κ. Πρέβεζας

•

Ομάδα: Ομάδα ρομποτικής Ε.Κ. Πρέβεζας – 1ου ΕΠΑ.Λ. Πρέβεζας
Σχολείο: Ε.Κ. Πρέβεζας  (2024-25)

Η ομάδα μας στα πλαίσια του 7ου Πανελλήνιου Διαγωνισμού Ανοιχτών Τεχνολογιών στην Εκπαίδευση ο οποίος διοργανώνεται από τον ΕΕΛΛΑΚ και με θεματική ενότητα “Ανοιχτή Σχεδίαση για έναν Άμεσο Δημόσιο Χώρο” υλοποίησε ένα σύστημα εποπτείας και διαχείρισης ενέργειας και νερού για το σχολείο μας. Το σύστημα τοποθετήθηκε στους χώρους του εργαστηριακού κέντρου (Ε.Κ.) και λειτουργεί δοκιμαστικά.

Συγκεκριμένα το σύστημα έχει δομηθεί στους τέσσερις ακόλουθους άξονες και στο σχήμα φαίνεται ο τρόπος λειτουργίας και η επικοινωνία των μονάδων:

  • Α. Εξοικονόμηση νερού
  • Β. Εξοικονόμηση ενέργειας
  • Γ. Μετεωρολογικός σταθμός
  • Δ. Κεντρικό σύστημα διαχείρισης

Στο αποθετήριο του έργου μας στο Github παρουσιάζονται όλα τα βήματα της κατασκευής, τα ηλεκτρολογικά και ηλεκτρονικά σχέδια και ο πηγαίος κώδικας. Επίσης υπάρχουν φωτογραφίες και video παρουσίασης του έργου.

Παρουσίαση των υποσυστημάτων

Α. Εξοικονόμηση νερού

Σχεδιάσαμε και κατασκευάσαμε μονάδα αυτόματου ποτίσματος με αισθητήρες υγρασίας και θερμοκρασίας στην ρίζα των φυτών ώστε να ποτίζονται αυτόματα μόνο όταν είναι απαραίτητο. Αν και στον αρχικό σχεδιασμό σκοπευαμε να κατασκευάσουμε τουλάχιστον δύο μονάδες, τελικά κατασκευάσαμε μία διπλή. Η μονάδα υποστηρίζει δύο ανεξάρτητες γραμμές ποτίσματος με ανεξάρτητους αισθητήρες και τοποθετήθηκε στον κήπο του Ε.Κ. Οι μονάδες αυτές επικοινωνούν μέσω διαδικτύου με το κεντρικό σύστημα διαχείρισης.

A_Water.png

EEKYP1_pcb_construction1.jpg EEKYP1_Box1.jpg EEKYP1_Test1.jpg

EEKYP1_Connections.jpg

Το σύστημα διαθέτει διεπαφή web interface για τον έλεγχο της κατάστασης του ποτίσματος και όλες τις ρυθμίσεις της συσκευής.

EEKYP1_scr1.png EEKYP1_scr2.png

Video παρουσίασης του υποσυστήματος. Περισσότερα video στο αποθετήριο του Github

Β. Εξοικονόμηση ενέργειας

Κατασκευάσαμε μονάδα εποπτείας και ελέγχου σε δύο γραμμές φωτισμού για τον διάδρομο του Ε.Κ. Η μονάδα μετράει συνεχώς την κατανάλωση ενέργειας της παροχής και ανάβει μόνο τα απαραίτητα φώτα ανάλογα με το φως ημέρας. Η μονάδα επικοινωνεί μέσω διαδικτύου με το κεντρικό σύστημα διαχείρισης.

B_Power.png

Το σύστημα διαθέτει διεπαφή web interface για τον έλεγχο της κατάστασης του φωτισμού και όλες τις ρυθμίσεις της συσκευής.

EEKYP2_scr1.png EEKYP2_scr2.png 

EEKYP2_scr3.png

Γ. Μετεωρολογικός σταθμός

Σχεδιάσαμε και κατασκευάσαμε έναν μετεωρολογικό σταθμό ο οποίος επικοινωνεί μέσω διαδικτύου με τον κεντρικό σύστημα διαχείρισης ώστε τα δεδομένα να χρησιμοποιούνται από τις προηγούμενες μονάδες. Επίσης στέλνει τα μετεωρολογικά δεδομένα στην ανοιχτή πλατφόρμα WeatherCloud. Τα περισσότερα όργανα του μετεωρολογικού σταθμού τα κατασκευάσαμε στον εκτυπωτή 3D του σχολείου.

Ο μετεωρολογικός σταθμός καταγράφει 8 μετεωρολογικά μεγέθη. Σε σχέση με τον αρχικό σχεδιασμό δεν βάλαμε τον αισθητήρα καταμέτρησης κεραυνών διότι δεν βρήκαμε τον αισθητήρα στην ελληνική αγορά. Ακολουθεί το block διάγραμμα της μονάδας και η τελική υλοποίηση σε λειτουργία:

C_MeteoStation.pngweather_system2.jpg

EEKYP3_System.png EEKYP3_pcb_pinout.png

anemometer_complete.jpg wind_vane_complete.png rainfall_meter_complete.jpg

Και αυτό το σύστημα διαθέτει διεπαφή web interface για τον έλεγχο των καιρικών φαινομένων και για τις ρυθμίσεις σύνδεσης.

EEKYP3_scr1.png

Δ. Κεντρικό σύστημα διαχείρισης

Αυτό είναι το σύστημα συλλογής και καταγραφής δεδομένων από τις προηγούμενες μονάδες. Έχει υλοποιηθεί με το λογισμικό ανοιχτού κώδικα Node RED το οποίο λειτουργεί σε έναν εικονικό διακομιστή (KVM) του Ε.Κ Πρέβεζας. Εδώ υπάρχουν τρεις καρτέλες (tabs) μία για κάθε υποσύστημα. Σε αυτό το υποσύστημα γίνεται η επεξεργασία των ακατέργαστων δεδομένων από τα τρία προηγούμενα. Έτσι μπορούν να ληφθούν αποφάσεις π.χ. πότε πρέπει να ξεκινήσει το πότισμα, πόσο νερό καταναλώθηκε τον προηγούμενο μήνα ή πότε πρέπει να ανάψουν τα φώτα κλπ. Επίσης τα δεδομένα καταγράφονται και παρουσιάζονται με γραφήματα. Τέλος υπάρχει η δυνατότητα αποστολής μηνυμάτων μέσω Viber ή Telegram ακόμη και ο χειρισμός των δύο πρώτων υποσυστημάτων.

Στην εικόνα φαίνεται η διεπαφή χρήστη του Node RedEEKYP4_S2_scr1.png

Και εδώ ο προγραμματισμός του backend με blocks

EEKYP4_S2_scr2.png

Συμμετέχοντες μαθητές

Οι μαθητές προέρχονται από το 1ο ΕΠΑ.Λ. Πρέβεζας και από τους τομείς Πληροφορικής – Ηλεκτρολογίας.

  • Αργυρός Θεμιστοκλής
  • Αδάμ Ευάγγελος
  • Νάτση Παυλίνα
  • Κόκκας Παναγιώτης

Υπεύθυνοι καθηγητές: Σταύρος Φώτογλου ΠΕ86 πληροφορικής, Κοτζαμουράτογλου Γιώργος ΠΕ83 ηλεκτρολογίας

Για την υλοποίηση του έργου χρησιμοποιήθηκε ο εξοπλισμός των εργαστηρίων του Εργαστηριακού Κέντρου (Ε.Κ.) Πρέβεζας. Τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν ήταν δωρεά του ΕΕΛΛΑΚ.

Λογισμικό

Για την υλοποίηση του έργου χρησιμοποιήθηκε αποκλειστικά λογισμικό ανοιχτού κώδικα. Συγκεκριμένα δουλέψαμε με τα παρακάτω λογισμικά:

  • Λειτουργικό σύστημα Linux. Στους σταθμούς εργασίας στους οποίους έγινε ο σχεδιασμός, ανάπτυξη του έργου υπήρχε εγκατεστημένο Ubuntu 24.04 Mate.
  • Draw.io για σχεδιασμό διαγραμμάτων, κυκλωμάτων.
  • FreeCad για σχεδιασμό των τρισδιάστατων μοντέλων.
  • Gimp για επεξεργασία φωτογραφιών.
  • Audacity για επεξεργασία ήχου.
  • Simple Screen Recorder για σύλληψη video από την επιφάνεια εργασίας.
  • OpenShot για επεξεργασία video.
  • LibreOffice για τα κείμενα και εξαγωγή PDF.
  • PlatfomIO μαζί με VsCode για την ανάπτυξη του λογισμικού.
  • Ubuntu Linux 24.04 server στον εικόνικο διακομιστή με το Mosquitto MQTT brocker και το NodeRed. Επίσης στον φυσικό διακομιστή λειτουργεί Ubuntu 24.04 Server με KVM για εικονικά συστήματα και Docker για τα container.

Στο αποθετήριο του Github υπάρχει όλος ο κώδικας και για τα τέσσερα υποσυστήματα.