行列監視システムで文科省から賞を受賞した韓国の男子生徒の話

私が高校 2016 年生だったとき（XNUMX 年 XNUMX 月から XNUMX 月まで）、学食で起こった状況に非常にイライラしていました。

問題 XNUMX: 列に並ぶ時間が長すぎる

どのような問題が観察されましたか? このような：

配布場所には多くの生徒が集まり、長時間（XNUMX～XNUMX分）立ちっぱなしでした。 もちろん、これはよくある問題であり、公平なサービス スキームです。つまり、到着が遅くなればなるほど、サービスの提供も遅くなります。 そうすれば、なぜ待たなければならないのか理解できるでしょう。

問題 XNUMX: 待っている人にとっての不平等な条件

しかし、もちろんそれだけではなく、別のより深刻な問題にも気づく必要がありました。 あまりにも深刻だったので、私はついにこの状況から抜け出す方法を見つけようと決意しました。 高校生（つまり、XNUMX学年以上勉強している人全員）と教師は、並ばずに配布に行きました。 はい、そうです、そして小学生のあなたは彼らに何も言えませんでした。 私たちの学校はクラス間の人間関係に関してかなり厳しい方針を持っていました。

そのため、私と友人は、新参者でしたが、真っ先に食堂に来て、食事を取りに行こうとしていたのですが、そのとき高校生か教師が現れて、私たちを脇に押しのけたのです（親切な人たちの中には、私たちをそのまま残させてくれた人もいました）私たちの列の位置）。 他の人より早く到着したにもかかわらず、さらに XNUMX ～ XNUMX 分待たなければなりませんでした。

私たちは特に昼食時にひどい時間を過ごしました。 日中は絶対に全員（教師、生徒、職員）が食堂に殺到するので、小学生の私たちにとって昼食は決して楽しいものではありませんでした。

問題に対する一般的な解決策

しかし、新人には選択の余地がなかったので、最後尾に追い出されるリスクを減らすために XNUMX つの方法を考え出しました。 XNUMX つ目は、非常に早く (つまり、文字通り食事が提供され始める前に) ダイニング ルームに来ることです。 XNUMX つ目は、故意に卓球やバスケットボールをして時間を潰し、非常に遅く到着する (昼食開始から約 XNUMX 分後) ことです。

ある程度はうまくいきました。 しかし、正直に言うと、食事をするためだけに急いで食堂に駆けつけたり、他の人たちに続いて冷たい残り物を平らげようとしたりする人は誰もいませんでした。なぜなら、自分たちは最後の一人だったからです。 カフェテリアが混雑していない時間を知らせるソリューションが必要でした。

占い師が私たちの未来を予測し、いつダイニングルームに行くべきかを正確に教えてくれたら、長く待たなくて済むのにと思います。 問題は、毎日すべてが異なった結果になったことでした。 単純にパターンを分析してスイートスポットを特定することはできませんでした。 食堂の様子を知る方法はただ一つ、徒歩で行くことです。場所によっては数百メートルもかかることもありました。 したがって、来て列を見て戻ってきて、列が短くなるまで同じ精神で続けると、多くの時間を無駄にすることになります。 一般に、初級クラスにとって生活はうんざりしており、それについては何もできませんでした。

Eureka – 食堂監視システムを作成するというアイデア

そして、すでに次の学年度 (2017 年) に突然、私は自分自身にこう言いました。「リアルタイムで列の長さを表示する (つまり、渋滞を検出する) システムを作ったらどうなるでしょうか?」 もし私が成功していたら、次のような状況になっていたでしょう。小学生は自分の携帯電話をちらっと見るだけで、現在の作業負荷レベルに関する最新データを入手し、今行くことが意味があるかどうかについて結論を下すでしょう。 。

本質的に、この計画は情報へのアクセスを通じて不平等を平準化するものでした。 その助けを借りて、小学生は自分たちにとって何が最善かを自分で選択することができるようになりました。（長すぎない場合）行って列に並ぶか、より有意義に時間を過ごし、後でより適切な瞬間を選択することができます。 私はこの考えにとても興奮しました。

食堂監視システムの設計

2017 年 XNUMX 月にオブジェクト指向プログラミングのコースにプロジェクトを提出する必要があり、このシステムをプロジェクトとして提出しました。

当初のシステム計画（2017年XNUMX月）

機器選定（2017年XNUMX月）

プルアップ抵抗付きのシンプルなタクタイルスイッチです。 XNUMX 列に XNUMX つのシールドを配置し、XNUMX つのラインに沿ったキューを認識するスキーム

私が注文したのは、メンブレン スイッチ 1 個、ESP8266 ベースの Wemos DXNUMX ミニ ボード、およびエナメル線を取り付ける予定のリング クランプ数個だけです。

試作・開発（2017年XNUMX月）

私はブレッドボードから始めて、その上に回路を組み立ててテストしました。 材料の数が限られていたため、フットボードが XNUMX つあるシステムに限定しました。

C++ で作成したソフトウェアについては、次の目標を設定しました。

1. 継続的に作業し、食事が提供される時間帯 (朝食、昼食、夕食、午後の軽食) にのみデータを送信します。
2. データを機械学習モデルで使用できる周波数 (たとえば、10 Hz) でカフェテリアの行列/交通状況を認識します。
3. 効率的な方法 (パケット サイズは小さくする必要があります) で短い間隔でデータをサーバーに送信します。

それらを達成するには、次のことを行う必要がありました。

1. RTC (リアルタイム クロック) モジュールを使用して時間を継続的に監視し、カフェテリアで食事がいつ提供されるかを決定します。
2. データ圧縮方式を使用して、シールドの状態を XNUMX つのキャラクターに記録します。 データを XNUMX ビットのバイナリ コードとして扱い、データ要素を表すようにさまざまな値を ASCII 文字にマッピングしました。
3. POST メソッドを使用して HTTP リクエストを送信して、ThingSpeak (分析およびオンライン グラフ作成用の IoT ツール) を使用します。

もちろん、いくつかのバグもありました。 たとえば、sizeof( ) 演算子が char * オブジェクトに対して、文字列の長さではなく値 4 を返すことを私は知りませんでした (文字列は配列ではないため、コンパイラは長さを計算しないためです)。そして、私の HTTP リクエストにすべての URL の XNUMX 文字しか含まれていないことに非常に驚きました。

また、#define ステップに括弧を含めなかったため、予期しない結果が発生しました。 さて、次のように言ってみましょう。

#define _A    2 * 5 
int a = _A / 3;

ここで、A は 3 (10 / 3 = 3) に等しいと予想されますが、実際には別の方法で計算され、2 (2 * 5/ 3 = 2) となりました。

最後に、私が対処したもう 8266 つの注目すべきバグは、ウォッチドッグ タイマーのリセットでした。 私はこの問題に非常に長い間苦労しました。 後で判明したのですが、私は ESPXNUMX チップ上の低レベル レジストリに間違った方法でアクセスしようとしていました (誤って構造体へのポインタに NULL 値を入力しました)。

私が設計・製作したフットシールドです。 写真が撮られた時点で、彼はすでにXNUMX週間の踏みつけを生き延びていた

金具（フットボード）

シールドが食堂の過酷な条件に耐えられることを確認するために、シールドに次の要件を設定しました。

• シールドは常に人間の体重を支えるのに十分な強度がなければなりません。
• 列に並んでいる人の邪魔にならないように、シールドは薄くする必要があります。
• スイッチは踏むと作動する必要があります。
• シールドは防水でなければなりません。 ダイニングルームはいつも湿気が多いです。

これらの要件を満たすために、ベースとトップカバーにはレーザーカットされたアクリル、保護層にはコルクという XNUMX 層設計に落ち着きました。

シールドのレイアウトは AutoCAD で作成しました。 寸法 – 400×400ミリメートル。

左側は実際に生産されたデザインです。 右側はレゴタイプの接続を備えたオプションです

ちなみに、このような固定システムではシールド間に40センチメートルの距離が必要であることが判明したため、最終的に右側の設計を放棄しました。これは、必要な距離（XNUMXメートル以上）をカバーできないことを意味します。

すべてのスイッチを接続するにはエナメル線を使用しました。合計で 70 メートル以上かかりました。 各シールドの中央にメンブレンスイッチを配置しました。 スイッチの左右のサイド スロットから XNUMX つのクリップが突き出ています。

さて、防水のために絶縁テープを使用しました。 電気テープがたくさんあります。

そしてすべてがうまくいきました！

期間はXNUMX月XNUMX日からXNUMX月XNUMX日まで

システムの写真 - 1 つのシールドすべてがここに表示されます。 左側は電子機器 (DXNUMX-mini / Bluetooth / RTC) です。

XNUMX 月 XNUMX 日の朝 XNUMX 時 (朝食の時間)、システムはダイニング ルームの状況に関する現在のデータの収集を開始しました。 自分の目が信じられませんでした。 ほんの XNUMX か月前、私は家でパジャマを着て座りながら全体的な計画をスケッチしていました。そしてここに、システム全体が問題なく動作しているかどうかを確認しました。

テスト中のソフトウェアのバグ

もちろん、システムには多くのバグがありました。 私が覚えているものは次のとおりです。

プログラムは、クライアントを ThingSpeak API に接続しようとするときに、利用可能な Wi-Fi ポイントをチェックしませんでした。 このエラーを修正するために、Wi-Fi の利用可能性を確認する手順を追加しました。

セットアップ機能では、接続が表示されるまで「WiFi.begin」を繰り返し呼び出しました。 後でわかったのですが、接続は ESP8266 ファームウェアによって確立されており、begin 関数は Wi-Fi をセットアップするときにのみ使用されます。 セットアップ中に関数を XNUMX 回だけ呼び出すことで状況を修正しました。

私が作成したコマンド ライン インターフェイス (時刻の設定やネットワーク設定の変更を目的としたもの) が、休止中 (つまり、朝食、昼食、夕食、アフタヌーン ティー以外の時間) には機能しないことがわかりました。 また、ロギングが発生しない場合、内部ループが過度に高速化し、シリアル データの読み取りが速すぎることもわかりました。 したがって、追加のコマンドが予期されたときにシステムが到着するまで待機するように遅延を設定しました。

番犬への頌歌

ああ、ウォッチドッグ タイマーの問題についてもう 8266 つ説明しました。私はこの問題を「現場」条件でのテスト段階で正確に解決しました。 大袈裟ではなく、私がXNUMX日間考えていたのはこれだけでした。 新しいバージョンのコードを試すためだけに、休憩 (XNUMX 分間) ごとにカフェテリアに急いで行きました。 そして配信が始まったとき、私は虫を捕まえようとしてXNUMX時間床に座っていました。 食べ物のことすら考えてなかった！ ESPXNUMX Watchdog さん、たくさんの良いことをありがとう！

WDTをどうやって理解したか

苦労していたコードスニペット

Arduino の拡張機能というか、Wdt-reset が発生した際にコンパイルされたコードの ELF ファイルにアクセスしてソフトウェアのデータ構造（関数とポインタの相関関係）を解析するプログラムを見つけました。 これを実行すると、次のようにしてエラーを解消できることがわかりました。

くそ！ リアルタイム システムのバグ修正がこれほど難しいことを誰が知っていたでしょうか。 しかし、そのバグを取り除いてみると、それは愚かなバグであることが判明しました。 私の経験不足のため、配列が範囲を超える while ループを作成してしまいました。 うーん！ (index++ と ++index の XNUMX つの大きな違い)。

テスト中のハードウェアの問題

もちろん、装備、つまりフットシールドは理想とは程遠いものでした。 ご想像のとおり、スイッチの XNUMX つが動かなくなっています。

XNUMX月XNUMX日、昼食中にXNUMX番目のパネルのスイッチが動かなくなった。

上に、ThingSpeak Web サイトのオンライン チャートのスクリーンショットを示しました。 ご覧のとおり、12:25 頃に何かが起こり、その後シールド 3 が失敗しました。 その結果、実際には 3 番目のシールドに到達していないにもかかわらず、キューの長さは 100 (値は XNUMX * XNUMX) と決定されました。 修正方法は、スイッチにさらにスペースを与えるためにパッド (はい、ダクトテープ) を追加することでした。

ワイヤーがドアに挟まって、文字通りシステムが根こそぎにされてしまうこともありました。 カートや荷物はこのドアを通ってダイニングルームに運ばれ、ワイヤーも一緒に運び、閉じてソケットから引き抜きました。 このような場合、データの流れに予期せぬ障害が発生していることに気づき、システムが電源から切断されているのではないかと推測しました。

制度に関する学校内への周知

すでに述べたように、サイト上のデータをグラフ形式で視覚化する ThingSpeak API を使用しましたが、これは非常に便利です。 基本的に、私は学校の Facebook グループに自分のスケジュールへのリンクを投稿するだけでした (この投稿を 2017 分探しましたが見つかりませんでした。非常に奇妙です)。 しかし、学校コミュニティである My Band で、XNUMX 年 XNUMX 月 XNUMX 日付けの投稿を見つけました。

反応はワイルドでした！

私のプロジェクトへの関心を高めるためにこれらの投稿を投稿しました。 しかし、見ているだけでもかなり面白いです。 ここで、人の数が 6 時 02 分に急激に増加し、6 時 10 分までに実質的にゼロになったことがはっきりとわかるとします。

上に、ランチとアフタヌーン ティーに関連するグラフをいくつか添付しました。 興味深いことに、ランチタイムの作業量のピークはほぼ常に 12:25 に発生しました (キューが XNUMX 番目のシールドに到達しました)。 また、午後の軽食には、大勢の人が集まることは一般的ではありません (行列の長さはせいぜいボード XNUMX 枚分です)。

何が面白いか知っていますか？ このシステムはまだ健在です (https://thingspeak.com/channels/346781)。 以前使用していたアカウントにログインすると、次のように表示されました。

上のグラフでは、XNUMX 月 XNUMX 日には人の流入が大幅に減少していることがわかりました。 それもそのはず、それは日曜日でした。 ほとんどの場合、学校の敷地から出ることができるのは日曜日だけであるため、この日はほとんどの人がどこかに出かけます。 週末のカフェテリアに生きている人の姿が見えないことは明らかです。

私のプロジェクトで韓国教育省から最優秀賞を受賞した経緯

自分の目で見てわかるように、私は何らかの賞や評価を得ようとしてこのプロジェクトに取り組んだわけではありません。 私は自分のスキルを使って、学校で直面している慢性的な問題を解決したかっただけです。

しかし、プロジェクトの計画と開発を通じて私と非常に親しくなった学校栄養士の O 先生が、ある日、カフェテリアのアイデアのコンテストについて知っているかと尋ねてきました。 それから、ダイニングルームのアイデアを比較するのは、ある種の奇妙なアイデアだと思いました。 しかし、情報冊子を読んだところ、このプロジェクトは 24 月 XNUMX 日までに提出しなければならないことがわかりました。 まあまあ。 すぐにコンセプト、データ、グラフィックを決定し、申請書を送信しました。

コンテストの当初のアイデアの変更

ちなみに、最終的に私が提案したシステムは、すでに実装されているシステムとは少し異なりました。 基本的に、私は独自の方法 (キューの長さをリアルタイムで測定する) を、はるかに大規模な韓国の学校に適用しました。 比較として、私たちの学校には XNUMX 人の生徒がいますが、他の学校では、XNUMX つのクラスに非常に多くの人がいます。 システムを拡張する方法を理解する必要がありました。

そこで私は、より「マニュアル」制御に基づいたコンセプトを提案しました。 現在、朝鮮学校ではすでに全クラスに食事計画が導入されており、それが厳格に遵守されているため、これまでとは異なる「信号対応型」の仕組みを構築しました。 ここでのアイデアは、あなたの前にカフェテリアを訪れているグループが列の長さが一定の限界に達したとき（つまり、列が短くなったとき）、壁のボタンまたはスイッチを使用して手動で信号を送信するというものでした。 。 信号はテレビ画面または LED 電球を通じて送信されます。

私はただ、この国のすべての学校で起きている問題を解決したかっただけなのです。 Oさんの話を聞いて、私はさらにその思いを強くしました。これからお話します。 いくつかの大規模な学校では、誰も適切にプロセスを組織することができないため、冬であっても列がカフェテリアを超えて通りまでXNUMX〜XNUMXメートル伸びていることが判明しました。 そして時々、数分間誰もダイニングルームに現れないことが起こります - そしてこれも悪いです。 生徒数の多い学校では、たとえ食事時間が XNUMX 分も無駄にならなかったとしても、職員は全員に食事を提供する時間がほとんどありません。 したがって、配布に最後に到着した人たち（通常は小学生）は、食事をする時間が十分にありません。

そのため、急いで申請書を提出する必要がありましたが、どのようにしてより広く使用できるように適応させることができるかについて非常に慎重に考えました。

一等賞を獲得したというメッセージです！

簡単に言うと、私は政府関係者に自分のプロジェクトをプレゼンテーションするよう招待されました。 そこで私はパワーポイントの才能をすべて発揮してプレゼンテーションを行いました。

プレゼンテーションの冒頭（一番左 - 大臣）

それは興味深い経験でした。私はちょうどカフェテリアの問題について何かを思いつき、どういうわけかコンテストの勝者の中に入ることができました。 ステージに立っていても「うーん、私はここで何をしているんだろう？」とずっと考えていました。 しかし、一般的に、このプロジェクトは私に大きな利益をもたらしました。組み込みシステムの開発と実際のプロジェクトの実装について多くのことを学びました。 あ、もちろん賞も頂きましたよ。

まとめ

ここには皮肉なことがあります。意図的に参加したあらゆる種類のコンテストやサイエンス フェアにどれだけ参加したとしても、何も良いことはありませんでした。 そしてその機会が私を見つけ、良い結果をもたらしてくれました。

これをきっかけに、私がプロジェクトに取り組む動機となる理由について考えるようになりました。 私が仕事を始めるのはなぜでしょうか。「勝つ」ため、あるいは自分の周囲の現実の問題を解決するためです。 あなたのケースで XNUMX 番目の動機が働いている場合は、プロジェクトを放棄しないことを強くお勧めします。 ビジネスへのこのアプローチでは、途中で予期せぬチャンスに出会うことができ、勝利しなければならないというプレッシャーを感じることはありません。主な動機はビジネスに対する情熱になります。

そして最も重要なことは、適切なソリューションを実装できた場合は、現実の世界ですぐに試すことができるということです。 私の場合、プラットフォームは学校でしたが、時間の経過とともに経験が蓄積され、もしかしたらあなたのアプリケーションが国全体、さらには全世界で使用されるようになるかもしれません。

この経験について考えるたびに、私は自分自身を誇りに思います。 理由は説明できませんが、プロジェクトを実行するプロセスは単純に私にとって大きな喜びであり、賞品は追加のボーナスでした。 さらに、クラスメートたちの毎日の生活を台無しにする問題を解決できたことをうれしく思いました。 ある日、学生の一人が私のところにやって来て、「あなたのシステムはとても便利です」と言いました。 私は第七天国にいました！
たとえ賞がなかったとしても、これだけで自分の成長を誇りに思うと思います。 もしかしたら、他の人を助けることが私に大きな満足感をもたらしたのかもしれません...概して、私はプロジェクトが大好きです。

この記事で達成したいこと

この記事を最後まで読んで、自分のコミュニティ、あるいは自分自身に利益をもたらす何かをする意欲を持っていただければ幸いです。 あなたのスキル (プログラミングは確かにその XNUMX つですが、他にもあります) を活用して、周囲の現実をより良い方向に変えることをお勧めします。 その過程で得られる経験は、他のものと比較することはできないと断言できます。

それはまた、あなたが予期していなかった道を開く可能性があります - それが私に起こったことです。 ぜひ、好きなことをして世界に名を残してください。 たった一つの声の響きが全世界を揺るがす可能性がある、だから自分を信じて。

プロジェクトに関連するリンクは次のとおりです。

• インストラクタブルに関する注意事項
• プロジェクトのために書いたコード
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出所： habr.com