Школьная лаборатория

Учащиеся начальной, средней, старшей школы, средних специальных учебных заведений (колледжи, техникумы, училища), ведущие практикумы и исследовательские проекты по программам предметов естественнонаучного цикла (окружающий мир, биология, физика, химия, и др.)

«Школьная лаборатория» — универсальная система датчиков под управлением центрального ARM микрокомпьютера для проведения экспериментов, а также учебных исследовательских проектов и практикумов в соответствии с учебными программами предметов естественнонаучного цикла начальной (окружающий мир), основной и старшей школы.

Представляет собой микрокомпьютер с подключаемыми датчиками через I2C интерфейс. Центральное устройство подключается к компьютерной сети Ethernet (проводной и беспроводной Wi-Fi). Пользователи, находящиеся в той же сети, могут наблюдать за ходом эксперимента через удобный Web-интерфейс. Результаты показаний отображаются в режиме реального времени, а также доступен просмотр истории измерений.

В рамках данного проекта была проведена модификация программного и аппаратного обеспечения системы «Школьной лаборатория». Прототип стенда был разработан компанией Мезон.ру и далее дорабатывался в «Научно-исследовательской лаборатории «Алгоритмы и системы потоковой обработки данных».

Командой из 5 человек, под руководством Алексея Одоевского, было разработано программное и аппаратное обеспечение мультисенсорной системы сбора и обработки данных (микрокомпьютера) для школьной лаборатории при проведении научных экспериментов с окружающей средой.

Функции микрокомпьютера «Школьная лаборатория»

• измерение показаний датчиков физических величин с отображением в режиме реального времени;
• отображение текущих и истории измерений в web-интерфейсе в виде индикаторов, в табличном виде и в виде графиков;
• сохранение результатов измерений  и экспорт таблиц и графиков для дальнейшего анализа (в  форматы CSV, PNG);
• однократные измерения по команде и автономный мониторинг без подключения к компьютерной сети и сети питания;
• многопользовательская система, регистрация пользователей, разграничение прав пользователей;
• сохранение настроек проводимых экспериментов для дальнейшего использования, использование сохраненных конфигураций разными пользователями.

Необходимые модификации были разделены на аппаратную и программную составляющие. К аппаратной части также были отнесены задачи проектирования интерфейсной платы, корпусов датчиков, разработка соединений датчиков.

Аппаратная часть

В процессе разработки были созданы 2-е версии устройства «Школьная лаборатория»:

• 1-я версия устройства  на основе микрокомпьютера A20 OLinuXino Micro
• 2-я версия устройства на основе микрокомпьютера Cubieboard5

Отличительные особенности 2-й версии устройства «Школьной лаборатории» на Cubieboard 5 :

• встроенный Wi-Fi модуль;
• увеличена емкость аккумулятора;
• компактная плата расширения, изготовленная промышленным способом, с местом для LCD экрана, батареей и разъемами подключений датчиков и других устройств.

Изготовления интерфейсной платы

На плате расширения реализуется электрическая схема объединения 6 групп линий шины I2C от датчиков, размещено 6 разъемов mini-DIN и провод подключения к основной плате  прототипа 1-го устройства OLinuXino через шину I2C.

 

Разработка и модификация датчиков

Для сопряжения с системой использовался I2C интерфейс и PS/2 разъем.

Поддерживаемые датчики:

• Давления
• Температуры
• Влажности
• Освещенности
• Угла поворотаДатчик освещенности

Подключение USB web-камеры

Разработанное устройство позволяет вести удалённое наблюдение за экспериментом при помощи web-камеры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подключение USB web-камеры

Разработанное устройство позволяет вести удалённое наблюдение за экспериментом при помощи web-камеры.

Программное обеспечение

Программное обеспечение состоит из сервисов Backend и Frontend.

Frontend — ПО обеспечивающее визуальный интерфейс.

Backend  — системный сервис, обеспечивающий взаимодействие с оборудованием для получения показаний датчиков и сохранение в данных в БД с возможностями агрегации.

В дальнейшем возможны модификации стенда.