КЕЙС
Кейс-лонгрид для наставников образовательных организаций в рамках проведения мероприятия «Педагогическая мастерская» Всероссийской ярмарки технологических проектов «Павильон инженерных идей»
Всего одно устройство способно улучшить сон!
GOODSLEEP:
«умные» технологии для качества сна
О ЧЁМ КЕЙС?
Современный мир невозможно представить без электротехнических средств. Нас окружают разнообразные устройства с различными функциями.
Мы предлагаем вам кейс, с которым Вы с удовольствием откроете мир качественного сна. А поможет нам в этом устройство, которое на основе значения температуры и интенсивности освещения показывает готовность комнаты ко сну с помощью светодиодов.
КОМУ ПОЛЕЗЕН КЕЙС?
Работа над кейсом связана с естественнонаучными областями знаний: биология, медицина, безопасность жизнедеятельности, физическая культура.
Кроме того, кейс будет полезен всем, кто следит за своей гигиеной сна или хочет начать это делать, поскольку он имеет практическое применение в повседневной жизни.
ТРЕНДЫ И ИННОВАЦИИ
В современном мире существует тренд на различные цифровые устройства для отслеживания своего физического состояния. К таким устройствам относятся: фитнес-браслеты, трекеры, смарт-часы, приложения на телефон и прочее. Но пока не нашли широкого применения устройства, способные отследить условия для здорового сна в конкретной комнате.
Сон – основная составляющая хорошего самочувствия. Знание основ гигиены сна помогут Вам наладить свой режим сна и его качество, а собранное устройство поможет узнать, готова ли Ваша комната ко сну.
КАК ВЫ МОЖЕТЕ ПОМОЧЬ ШКОЛЬНИКАМ ВКЛЮЧИТЬСЯ?
Заинтересованные школьники могут принять участие в комплексе мероприятий в рамках проекта СибГМУ «МедКласс», в том числе по направлению IT-медицина.
В рамках Всероссийской конференции «Юные техники и изобретатели» школьникам можно представить научные статьи и доклады в номинации «Медицина»
СТРУКТУРА КЕЙСА
Кейс включает описание базовых понятий современного представления гигиены сна, а также порядок сборки устройства, которое на основе динамики температуры и освещения, показывает готовность комнаты ко сну с помощью светодиодов.
ДЛЯ РАБОТЫ НАД КЕЙСОМ ПОНАДОБИТСЯ
ЛИКБЕЗ ПО ЭЛЕКТРОНИКЕ
ХОД РАБОТЫ
1
Схема подключения:
  1. Возьмите необходимые комплектующие и соберите схему, показанную на изображении.
  2. Обратите внимание, что светодиод является полярным: длинная ножка является анодом (+), короткая катодом (-).
Схема подключения:
  • Светодиод 1 (LED1): Подключите анод (длинная ножка) к цифровому пину 8 через токоограничивающий резистор (например, 220 Ом), а катод (короткая ножка) к земле (GND).
  • Светодиод 2 (LED2): Подключите анод к цифровому пину 9 через токоограничивающий резистор, а катод к земле.
  • Фоторезистор: Подключите один вывод к питанию (5V), а другой вывод через последовательный резистор (например, 10 кОм) к земле. Средняя точка между фоторезистором и резистором подключите к аналоговому пину A0.
  • Датчик DHT-11: Подключите сигнальный вывод датчика к цифровому пину 2, питание (VCC) к 5V, а землю (GND) к земле.
2
На компьютере откройте среду разработки Arduino IDE и напишите следующий скетч.
#include <DHT.h>

#define DHTPIN 2 // Пин, к которому подключен датчик DHT-11
#define ledPin1 8 // Пин для первого светодиода
#define ledPin2 9 // Пин для второго светодиода
#define photoPin A0// Пин для фоторезистора

DHT dht(DHTPIN, DHT11);


void setup() {
pinMode(ledPin1, OUTPUT);
pinMode(ledPin2, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
dht.begin();

// Включаем оба светодиода на 3 секунды при запуске
digitalWrite(ledPin1, HIGH);
digitalWrite(ledPin2, HIGH);
delay(3000);
}

void loop() {
// Считываем температуру и влажность с датчика DHT-11
float temperature = dht.readTemperature();
float humidity = dht.readHumidity();

// Считываем значение с фоторезистора
int lightLevel = analogRead(photoPin);

// Выводим данные в Serial Monitor
Serial.print("Temperature: ");
Serial.print(temperature);
Serial.print(" °C, Humidity: ");
Serial.print(humidity);
Serial.print(" %, Light Level: ");
Serial.println(lightLevel);

// Если температура меньше 21 градуса, выключаем первый светодиод
if (temperature < 21) {
digitalWrite(ledPin1, LOW);
} else {
digitalWrite(ledPin1, HIGH);
}

// Если освещенность низкая (значение фоторезистора выше порога), выключаем второй светодиод
if (lightLevel < 500) { // Порог освещенности можно настроить
digitalWrite(ledPin2, LOW);
} else {
digitalWrite(ledPin2, HIGH);
}

delay(1000); // Задержка для стабильности считывания данных
}
3
С помощью кабеля USB подключите Arduino к компьютеру. Загрузите скетч на плату с помощью кнопки
После загрузки понаблюдайте за результатом.
Примечание: при необходимости установите библиотеки Adafruit_Sensor и DNT.
Для этого скачайте zip-архивы библиотек. В среде Arduino IDE выберите “Sketch”, затем “Include Library”, и наконец “Add .ZIP Library…”. После этого выберите скачанные файлы.
ИТОГОВЫЙ ПРОДУКТ
Готовое устройство, которое на основе динамики температуры воздуха и интенсивности освещения, показывает готовность комнаты ко сну.
«ПОЛЕВЫЕ ИСПЫТАНИЯ»
А сейчас предлагаем Вам поспать! Для этого Вам понадобится тихое помещение с возможностью проветривания и затемнения. Подготовьте помещение ко сну, а устройство поможет Вам убедиться, что все готово для комфортного сна. Не забудьте проветрить комнату, температура воздуха не должна превышать 20 градусов. Устраните все источники света. Приятного сна!



ВОПРОСЫ ДЛЯ РЕФЛЕКСИИ
Рекомендуем Вам проверить себя с помощью вопросов, направленных на дальнейшее развитие продуктового результата. Вы также можете использовать данные вопросы для проведения рефлексии со своими учащимися по итогам выполнения кейса. Для Вашего удобства вопросы систематизированы по 6 уровням академических результатов по Б.Блуму
ЧТО ДАЛЬШЕ?
С помощью добавления датчика, который измеряет уровень углекислого газа в комнате, можно собрать систему открывания окна для проветривания помещения.

БАНК ИДЕЙ
Предлагаем Вам познакомиться с другим вариантами кейсов, которые можно выполнить с тем же или несколько измененным (дополненным) набором электронных комплектующих:
Идея для кейса № 1. Умная сигнализация для спальни
Комплектующие:
·   Микроконтроллер Arduino UNO/Iskra UNO
·   Датчик влажности и температуры DHT11
·   Светодиод
·   Резистор на 220 Ом
·   Резистор на 10 кОм
·   Макетная плата
·   Провода соединительные
·   Зуммер (пьезопищалка)

Описание: Создание световой и звуковой сигнализации, которая будет оповещать при достижении опасных уровней температуры или влажности в помещении. Это полезно для предотвращения проблем с микроклиматом и поддержания комфортных условий.
Идея для кейса № 2. Температурная защита: умная сигнализация для нагревательных приборов
Комплектующие:
·Микроконтроллер Arduino UNO/Iskra UNO
·Датчик температуры (например, LM35)
·Реле для выключения устройства
·Светодиод
·Макетная плата
·Провода соединительные

Описание: Создайте систему, которая будет отслеживать температуру приборов, например, мобильного нагревателя, и автоматически выключать его в случае перегрева. Это повысит безопасность в доме и снизит риск возгорания.
Идея для кейса № 3. Стена здоровья: мониторинг уровня CO2 в спальне
Комплектующие:
·Микроконтроллер Arduino UNO/Iskra UNO
·Датчик CO2 (например, MH-Z19)
·Светодиод
·Резистор на 220 Ом
·Макетная плата
·Провода соединительные «папа - папа»

Описание: Создайте устройство, которое будет отслеживать уровень углекислого газа в спальне и предупреждать пользователей о необходимости проветривания. Это поможет поддерживать здоровую атмосферу и предотвращать головные боли и усталость.
Идея для кейса № 4. Эко-освещение: управление светом по уровню естественной освещенности
Комплектующие:
·Микроконтроллер Arduino UNO/Iskra UNO
·Фоторезистор
·Светодиод
·Резистор на 220 Ом
·Макетная плата
·Провода соединительные «папа - папа»

Описание: Проект включает создание системы, которая автоматически управляет искусственным освещением в зависимости от уровня естественного света в помещении. Это помогает экономить электроэнергию и поддерживать комфортную атмосферу.
ПОЛЕЗНЫЕ ССЫЛКИ И РЕСУРСЫ
Wiki Amperka

представляет собой обширную базу знаний для педагогов и наставников, включающую инструкции и рекомендации по работе с Arduino и Raspberry Pi. В этом разделе Вы найдете оригинальные проекты, схемы распиновки модулей, datasheet'ы, а также теоретические материалы по электричеству для начинающих. Вы можете использовать Wiki для поиска ответов на технические вопросы, собранные на протяжении многих лет

АВТОР КЕЙСА
Пушкарев Михаил Сергеевич

учитель информатики
МАОУ СОШ №19 г. Томска, ассистент кафедры медицинской и биологической кибернетики СибГМУ

Также в подготовке кейса принимали участие:
Емельянова Надежда Андреевна
Колоскова Елена Андреевна
студентка СибГМУ
студентка СибГМУ
Illustration by Icons 8 from Ouch!