A JanusMeter egy olyan mérőrendszer, amely iskolai tanórákat célozza megsegíteni.
Mérőműszerünk elnevezését multifunkciónalitásából adódóan egyrészt Janus a több arcú isten (kétarcú), másrészt Janus Pannoniusra az egykori pécsi püspökre, költőre iskolánk névadójára emlékezve adtuk. Mérőrendszerünk széles palettát fed le a . Az egész rendszer egy még tovább bővíthető keretrendszer, mely további lehetőségeket rejt magában, akár a már jelenlévő tantárgyakhoz, akár újabb tantárgyak bevonásával.
Célunk egy oktatást segítő komplex mérőműszer (rendszer) kialakítása volt elsősorban fizika, kémia, biológia és egészségtan órákhoz, emellet a termék előáálítása során elengedhetetlenül szükség volt a matematikai és informatikai ismeretekre is. A műszer segítségével a tanórán végzett kísérletek szemléltethetőbbek, gyorsabbak és pontosabbak lesznek. Az egészségügyi mérőeszköz használatával a diákok figyelme jobban előtérbe helyezheti az egészséges életmód fontosságát. Véleményünk szerint az ilyen típusú oktatási segédeszköz a tervezett komplexitásával újdonság, ezáltal a témában kellően innovatív is.
Ez egy univerzális digitális mérőrendszer természettudományos órákhoz. A mérésekhez szenzorokat használunk. A mérőegységek a különféle mért adatokat WiFi-n keresztül továbbítják egy vezérlőhöz, ami továbbítja az adatokat a számítógép és a diákok okostelefonjai felé. A számítógépen futó saját fejlesztésű megjelenítő program MQTT-n keresztül kommunikál a vezérlővel, ami kapcsolatban van az összes eszközzel. A program a mért adatokat kiírja és grafikonon ábrázolja. Minden mérőegységben van egy WeMos D1 Mini mikrovezérlő, ami kiolvassa az érzékelő adatát, feldolgozza, majd elküldi a vezérlőnek WiFi-n keresztül. A kommunikáció történhet az iskolai hálózaton keresztül, vagy direktbe a vezérlővel. A mérőegységek lítiumos akkumulátorról üzemelnek, és saját fejlesztésű program fut rajtuk. A mérőeszköz dobozai saját tervezésűek és készítésűek, 3D nyomtató segítségével készültek. A mérőműszerek kalibrálását is saját magunk végeztük.
A számítógépen és okoseszközökön megjelenő felületre is nagy hangsúlyt fektetünk. A felület kellően felhasználóbarát, így mindenki számára könnyen kiismerhető, és alkalmazható.
Miért innovatív?
- Univerzális, több tudományterülethez, tantárgyhoz (fizika, kémia, biológia, egészségtan) használható Smart mérőrendszer.
- Komplexitásából adódóan is innovatív, mert a jelenlegi piacon nem található ilyen összetett mérőműszer.
- A mérőműszereink, a piacon kapható mérőműszerekhez képest hasonló pontossággal, de sokkal kedvezőbb árral bírnak, továbbá nagy részük saját fejlesztésű.
- A méréseket valós időben ki lehet írni akár digitális táblára is.
- A felhasználók okoseszközeiken is nyomon követhetik a méréseket.
- A mért adatokkal valós időben lehet számításokat végezni, és utólag is feldolgozható különböző programokkal is.
- Használata mindenki számára érthető, a kezelőfelület egyszerűségéből kifolyóan.
- Bővíthető keretrendszer!!! A rendszer új mérőegységgel egyszerűen és gyorsan bővíthető a rendszer moduláris felépítése miatt. A felhasználó tantárgyak listája bővíthető, teljesen innovatív, mivel a rendszer lehetőséget biztosít a folyamatos fejlesztésre.
- A forráskód janusmeter.hu weboldalon elérhető (“open source”).
- Előállítása iskolák vagy bárki számára megoldható.
Az “AGY”, azaz a vezérlőegység: A JanusMeter “agya” egy egyedileg tervezett 3D nyomtatóval készített doboz, melyben található egy Raspberry Pi számítógép, és egy router. A Raspberry Pi egy leginkább oktatási célokra tervezett eszköz, mely ARM architektúrájú rendszerchipet (SOC – System on Chip) használ, mobil alkalmazásokhoz alacsony fogyasztása és az olcsósága miatt ez kiválóan használható, a vele született korlátokkal együtt.
A felhasználói felület: A felhasználói felületet egy Node-Red nevű, okos eszközök vezérlésére és azok adatainak feldolgozására kifejlesztett program biztosítja. Ez a program biztosítja a felhasználói felületet a diákok és a tanárok számára, okostelefonon és számítógépen egyaránt. A felhasználói felület modern kinézetű, és mindenki számára egyszerűen megérthető. Ezen a felületen megtalálható minden merőegységnek a legutóbbi mért adatai, grafikonok és valós idejű számítások számos méréshez. A Node-Red egy folyamatábra alapú programozási nyelv, így bárki számára megérthető és egyszerűen módosítható a program, így akár a diákok is bővíthetik a már meglévő komplex rendszert, hozzáadhatják saját számítási folyamataikat.
A mérések során keletkezett adatokat, a rendszer naplózza, azaz másodpercenként elmenti és azokat dátum szerint rendezi.
Hőmérő: A hőmérőegység egy vagy több digitális hőmérőből és egy vezérlőből áll . A vezérlőben található egy WiFi-s számítógép és egy lítiumos akkumulátor, így nem kell konnektorhoz csatlakoztatni az eszközt a működéshez. A digitális hőmérők vízállóak és -55°C és 125°C között képesek mérni több, mint 0,1°C pontossággal, ami szinte minden fizika órán előforduló kísérlethez megfelelő. Például kiválóan alkalmazható kalorimetriai mérésekhez, ahol több folyadék hőmérsékletét kell egyszerre mérni.
Erőmérő: Digitális erőmérő, működése megegyezik egy hagyományos rugós erőmérőével, csak sokkal nagyobb pontossággal lehet mérni. Méretben nem sokkal nagyobb egy hagyományos előmérőnél. Az eszköz áll egy mérőcellából, ami méri az erőt, és egy elektronikából, ami a mért adatokat WiFi-n keresztül továbbítja az “Agy”-nak. Ez az eszköz szintén akkumulátorról megy. A maximálisan mérhető erő a 50N, ami körülbelül 5kg-nak felel meg. Ezt 0,001N pontossággal képes végezni. Kiválóan alkalmas szinte minden rugós erőmérővel végzett kísérletre.
Stopperóra: Digitális stopperóra, mely nagy pontosságú időmérést tesz lehetővé. Egy hagyományos stopperórával ellentétben, ezt nem csak nyomógombbal lehet elindítani és megállítani, hanem közelség és hangerősség érzékelővel is. Ennek az az előnye, hogy a mérés pontosságát nem befolyásolja az ember reakcióideje. A különböző indítási és megállítási lehetőségeket a stopper vezérlőhöz 3,5mm-es jack kábellel lehet csatlakoztatni, és minden egységet lehet megállításra és indításra is használni. A 3,5mm-es jack kábelnek az az előnye, hogy a megsérül a kábel, akkor olcsón és egyszerűen lehet kábelt cserélni. A stopperóra vezérlője szintén tartalmaz egy akkumulátort és egy WiFi modult, így a méréseket azonnal küldi a vezérlőegységnek, ami ezeket feldolgozza és közli a felhasználókkal. Az időmérés az eszközön belül történik, így 0,001 másodperces pontosságot is el lehet érni a mérésekkel. A mért időnek felső limitje szinte nincs. (1,5 hónap)
Áramerősség és feszültség mérő: Ez az eszköz áram és feszültség egyidejű mérését teszi lehetővé. A készülék áramkörbe kötése 3db banándugóval történik, ami lehetővé teszi a gyors bekötést. Egy hagyományos multiméterrel ellentétben, itt nem kell méréshatárt kiválasztani, így el lehet kerülni a félreértéseket mérés közben. Az ezköz házában megtalálható egy lítiumos akkumulátor, egy WiFi-s számítógép és egy 16 bites ADC is, ami lehetővé teszi a precíz méréseket. Feszültséget 0 és 20 V között képes mérni 0,001 V pontossággal, míg áramerősséget -5 és 5A között 0,01 A pontossággal. Kiválóan alkalmas minden fizika órán végzett kísérlethez.
További mérőegységek:
- pH mérő: Oldatok pH értékének mérése digitálisan. Kiválóan alkalmas olyan kísérletekhez, ahol az oldat pH értéke a folyamat során változik.
- Terület:kémia
- Vércukorszint mérő: Működése mint a hagyományos mérőé, azaz az ujjbegyet kell megszúrni, és egy csepp vért a tesztcsíkra helyezni.
- Terület: biológia, egészségtan
- Pulzoximeter: Pulzust és véroxigén szintet mér, az ujjunk behelyezésével a műszerbe.
- Terület: biológia, egészségtan
- Bőrellenállás mérő: A bőrellenállás, amelyet galvános bőrrekciónak hívnak (GBR), a bőr elektromos ellenállás változásainak mérésén alapul. A stresszhelyzetek vagy az izgalmi állapot verejtékezésre készteti a bőrt, ezt azonban közvetlenül nem vagyunk képesek érzékelni.
- Terület: biológia, egészségtan, fizika
- Testhelyzet figyelő (testhelyzet monitor): Speciális mérő, amely a tárgyak, akár emberi test aktuális helyzetét tudja mérni, megmutatni. Extraként készítettünk hozzá egy szimulációs programot, amely jól érzékelhetővé teszi a test állapotát. A program Unity-ben készült, és a vezérlőegységtől kapja a forgási adatokat. Ezeket az adatokat egy 3D “ember” modellre vetítjük, amely a törzsénél forog, tehát különböző hajlásokat lehet vele szemléltetni. Felhasználása különböző gerincvizsgálatokra és testtartásfejlesztésre ajánlott. Ez gyorsulásmérőként is funkcionál, amely tárgyak gyorsulásának és dőlésszögének meghatározása is alkalmas.
- Terület: biológia, egészségtan, fizika, matematika, informatika
Köszönjük a projekt során iskolánk támogatását, amely lehetővé tette, hogy felkészítő tanárunkkal együtt 3 alkalommal is Budapestre utazhatunk, és munkákba betekintést adhattunk Sipos Imre és Dr. Forstner Bertalan zsűritagok részére. Számunkra kijelölt zsűritagjainknak köszönjük hasznos tanácsaikat, észrevételeiket amely nagyban segítette a projekt előrehaladását. Köszönjük szüleinknek mindenféle anyagi és egyéb támogatásukat. Külön szeretnénk megköszönni Dlusztus Péter tanár úrnak a pályázat során nyújtott támogató segítségét.
Jó tallért sohasem vertek még fénytelen ércből,
Janus Pannonius
ahhoz tiszta ezüst kell vagy a sárga arany.