当我读高三时（2016年XNUMX月至XNUMX月），我对学校食堂的情况感到非常恼火。
问题一：排队等候时间过长
我观察到什么问题？ 像这样：
分发处聚集了很多学生，他们不得不长时间站立（五到十分钟）。 当然，这是一个普遍的问题，也是一个公平的服务方案：越晚到达，越晚得到服务。 这样你就可以理解为什么你必须等待。
问题二：等待者的不平等条件
但是，当然，这还不是全部；我还必须观察另一个更严重的问题。 如此严重，我最终决定尝试寻找摆脱困境的方法。 高中生（即所有学习成绩至少高一年级的人）和老师无需排队即可领取分发品。 是的，是的，而你作为一个小学生，什么也不能告诉他们。 我们学校对于班级之间的关系有相当严格的政策。
因此，我和我的朋友们，当我们还是新手的时候，首先来到食堂，正要拿食物——然后高中生或老师出现，只是把我们推到一边（有些人比较友善，允许我们留在里面）我们在队列中的位置）。 尽管我们比其他人都早到，但我们还是多等了十五到二十分钟。
我们在午餐时间过得特别糟糕。 白天，几乎每个人都涌向食堂（老师、学生、工作人员），所以对于我们这些小学生来说，午餐从来都不是一件快乐的事情。
问题的常见解决方案
但由于新人别无选择，我们想出了两种方法来降低被抛到队伍后面的风险。 第一个是很早就来到餐厅（也就是说，实际上是在食物开始供应之前）。 第二种是故意打乒乓球或篮球来消磨时间，并且很晚才到达（午餐开始后大约二十分钟）。
在某种程度上它起作用了。 但说实话，没有人急于以最快的速度冲到餐厅去吃东西，或者跟在其他人后面吃完冷掉的剩菜，因为他们是最后的。 我们需要一个解决方案，让我们知道自助餐厅何时不拥挤。
如果有算命先生为我们预测未来，并告诉我们具体什么时候去餐厅，那就太好了，这样我们就不用等太久了。 麻烦的是，每天一切的结果都不一样。 我们不能简单地分析模式并确定最佳点。 我们只有一种方法可以了解餐厅里的情况——步行到达那里，而路径可能有几百米，具体取决于你所在的位置。 因此，如果你来了，看看队伍，回来后继续以同样的精神，直到它变短，你会浪费很多时间。 总的来说，小学班的生活是令人厌恶的，对此也无能为力。
Eureka – 创建食堂监控系统的想法
突然，在下一个学年（2017 年），我对自己说：“如果我们制作一个能够实时显示队列长度（即检测交通拥堵）的系统会怎样？” 如果我成功了，情况会是这样的：小学生只需看一眼手机即可获取有关当前工作量水平的最新数据，并得出关于他们现在去是否有意义的结论。
从本质上讲，该计划通过获取信息消除了不平等。 在它的帮助下，小学生可以自己选择最适合他们做的事情——去排队（如果不是太长的话）或者花更有用的时间，然后再选择更合适的时间。 这个想法让我非常兴奋。
食堂监控系统的设计
2017年XNUMX月，我必须提交一个面向对象编程课程的项目，我提交了这个系统作为我的项目。
初步系统计划（2017年XNUMX月）
设备选型（2017年XNUMX月）
带有上拉电阻的简单触摸开关。 三排五个盾牌的方案，以识别沿三线的队列
我只订购了 1 个薄膜开关、一块基于 ESP8266 的 Wemos DXNUMX 迷你板，以及一些我计划用来连接漆包线的环形夹。
原型设计和开发（2017 年 XNUMX 月）
我从一块面包板开始，在上面组装了一个电路并进行了测试。 我的材料数量有限，因此我将自己限制在具有五个踏板的系统上。
对于我用 C++ 编写的软件，我设定了以下目标：
- 连续工作并仅在提供食物期间（早餐、午餐、晚餐、下午点心）发送数据。
- 以这样的频率识别自助餐厅的队列/交通情况，然后将数据用于机器学习模型（例如 10 Hz）。
- 以高效的方式（数据包大小应该很小）并以较短的时间间隔向服务器发送数据。
为了实现这些目标，我需要执行以下操作：
- 使用 RTC（实时时钟）模块持续监控时间并确定自助餐厅何时提供食物。
- 采用一种数据压缩的方法，将屏蔽状态记录在一个字符中。 将数据视为五位二进制代码，我将各种值映射为 ASCII 字符，以便它们代表数据元素。
- 通过使用 POST 方法发送 HTTP 请求来使用 ThingSpeak（一种用于分析和在线图表的 IoT 工具）。
当然，也存在一些错误。 例如，我不知道 sizeof( ) 运算符返回 char * 对象的值 4，而不是字符串的长度（因为它不是数组，因此编译器不会计算长度）并且非常惊讶为什么我的 HTTP 请求只包含来自所有 URL 的四个字符！
我也没有在 #define 步骤中包含括号，这导致了意外的结果。 好吧，让我们说：
#define _A 2 * 5
int a = _A / 3;这里人们会期望 A 等于 3 (10 / 3 = 3)，但实际上计算方式不同：2 (2 * 5/ 3 = 2)。
最后，我处理的另一个值得注意的错误是看门狗定时器的重置。 我为这个问题挣扎了很长时间。 后来发现，我试图以错误的方式访问 ESP8266 芯片上的低级注册表（错误地为指向结构的指针输入了 NULL 值）。
我设计和制作的脚盾。 拍摄照片时，他已经经历了五周的践踏，幸存下来
硬件（脚踏板）
为了确保防护罩能够承受食堂的恶劣条件，我对它们提出了以下要求：
- 防护罩必须足够坚固，能够始终支撑人体重量。
- 防护罩应该很薄，以免打扰排队的人。
- 踩踏时必须激活开关。
- 防护罩必须防水。 餐厅总是潮湿。
为了满足这些要求，我选择了两层设计——激光切割丙烯酸作为底座和顶盖，软木作为保护层。
我在AutoCAD中制作了盾牌布局； 尺寸 – 400 x 400 毫米。
左边是投入生产的设计。 右侧是带有乐高型连接的选项
顺便说一句，我最终放弃了右手设计，因为使用这样的固定系统，结果证明盾牌之间应该有40厘米，这意味着我无法覆盖所需的距离（超过十米）。
为了连接所有开关，我使用了漆包线 - 总共花了 70 多米！ 我在每个防护罩的中心放置了一个薄膜开关。 两个夹子从侧槽突出到开关的左侧和右侧。
嗯，为了防水，我使用了电工胶带。 很多电工胶带。
一切顺利！
XNUMX月XNUMX日至XNUMX月XNUMX日期间
系统照片 - 此处可以看到所有五个防护罩。 左侧是电子器件（D1-mini / 蓝牙 / RTC）
XNUMX月XNUMX日早上八点（早餐时间），系统开始采集餐厅当前情况数据。 我简直不敢相信自己的眼睛。 就在两个月前，我穿着睡衣坐在家里草拟总体方案，现在整个系统都在顺利运行……或者没有。
测试期间软件错误
当然，系统中存在很多错误。 这是我记得的。
尝试将客户端连接到 ThingSpeak API 时，程序不会检查可用的 Wi-Fi 点。 为了修复该错误，我添加了一个额外的步骤来检查 Wi-Fi 可用性。
在设置函数中，我反复调用“WiFi.begin”，直到出现连接。 后来我发现连接是由ESP8266固件建立的，而begin函数仅在设置Wi-Fi时使用。 我通过在设置过程中仅调用该函数一次来纠正这种情况。
我发现我创建的命令行界面（旨在设置时间、更改网络设置）在休息时（即早餐、午餐、晚餐和下午茶之外）不起作用。 我还看到，当没有记录发生时，内部循环加速过度，串行数据读取太快。 因此，我设置了一个延迟，以便系统等待其他命令在预期时到达。
向看门狗致敬
哦，还有一件事是关于看门狗定时器的问题 - 我在“现场”条件下的测试阶段精确地解决了这个问题。 毫不夸张地说，这就是我四天来的全部想法。 每次休息（持续十分钟）我都会冲到自助餐厅只是为了尝试新版本的代码。 当发行版开始时，我在地板上坐了一个小时，试图抓住这个错误。 我什至没有想到食物！ 感谢 ESP8266 Watchdog 带来的所有好东西！
我是如何计算出 WDT 的
我一直在苦苦挣扎的代码片段
我找到了一个程序，或者更确切地说是 Arduino 的扩展，它可以在发生 Wdt 重置时分析软件的数据结构，访问已编译代码的 ELF 文件（函数和指针之间的关联）。 完成此操作后，结果表明可以通过以下方式消除错误：
该死的！ 好吧，谁知道修复实时系统中的错误是如此困难！ 然而，我删除了这个错误，结果证明这是一个愚蠢的错误。 由于我缺乏经验，我写了一个 while 循环，其中数组超出了界限。 啊! （index++ 和 ++index 是两个很大的区别）。
测试期间硬件问题
当然，装备，也就是护脚板，还很不理想。 正如您所料，其中一个开关被卡住了。
XNUMX 月 XNUMX 日，午餐时，第三个面板上的开关卡住了
上面我提供了 ThingSpeak 网站上的在线图表的屏幕截图。 正如您所看到的，在 12:25 左右发生了一些事情，之后三号护盾失效了。 结果，队列长度被确定为 3（值为 3 * 100），即使实际上它没有到达第三个屏蔽。 解决方法是我添加了更多的填充物（是的，胶带）以给开关更多的空间。
有时，当电线被门卡住时，我的系统实际上被连根拔起。 手推车和包裹通过这扇门进入餐厅，这样它就带着电线一起关闭，并将其从插座中拉出。 在这种情况下，我注意到数据流出现意外故障，并猜测系统已与电源断开。
在整个学校传播有关该系统的信息
正如已经提到的，我使用了 ThingSpeak API，它以图表的形式可视化网站上的数据，非常方便。 一般来说，我基本上只是在学校的Facebook群组中发布了我的日程安排链接（我搜索了这个帖子半个小时，但找不到它 - 很奇怪）。 但我在我的学校社区 Band 上发现了一个帖子，日期为 2017 年 XNUMX 月 XNUMX 日：
反应很疯狂！
我发布这些帖子是为了激发人们对我的项目的兴趣。 然而，即使只是看着它们本身也很有趣。 假设您可以在这里清楚地看到，人数在 6:02 急剧增加，到 6:10 几乎为零。
上面我附上了一些与午餐和下午茶相关的图表。 有趣的是，午餐时间的工作量高峰几乎总是出现在12点25分（队列到达第五盾）。 对于下午点心来说，一大群人通常是不寻常的（队列最多有一板长）。
你知道什么好笑吗？ 这个系统仍然存在（https://thingspeak.com/channels/346781）！ 我登录之前使用的帐户，看到了这样的内容：
在上图中，我看到XNUMX月XNUMX日的人潮明显减少了。 难怪——那是周日。 在这一天，几乎每个人都会去某个地方，因为大多数情况下只有周日你才能离开校园。 很明显，周末你在食堂里看不到一个活人。
我的项目如何获得韩国教育部一等奖
正如您亲眼所见，我参与这个项目并不是因为我想获得某种奖励或认可。 我只是想用我的技能来解决我在学校面临的长期问题。
然而，我们学校的营养师 O 小姐在计划和开发我的项目时与我关系非常密切，有一天，她问我是否知道一场自助餐厅创意竞赛。 然后我觉得比较餐厅的想法是某种奇怪的想法。 但我看了资料手册，得知项目必须在24月XNUMX日之前提交！ 好吧。 我很快敲定了概念、数据和图形，并发送了申请。
改变原本的竞赛想法
顺便说一句，我最终提出的系统与已经实施的系统略有不同。 本质上，我为更大的韩国学校调整了原来的方法（实时测量队列长度）。 对比一下：我们学校有三百名学生，有的学校一个班就有这么多人！ 我需要弄清楚如何扩展系统。
因此，我提出了一个更加基于“手动”控制的概念。 现在韩国学校已经推出了全班的膳食计划，严格遵守，所以我建立了一个不同的“信号-响应”类型的框架。 这里的想法是，当你前面的自助餐厅的队伍达到了一定的队伍长度限制（即队伍变短）时，他们会使用墙上的按钮或开关手动向你发送信号。 信号将传输到电视屏幕或通过 LED 灯泡。
我真的很想解决全国所有学校都存在的问题。 当我听到O小姐的故事后，我的决心更加坚定了——我现在就告诉你。 事实证明，在一些大型学校，排队的队伍超出了自助餐厅，延伸到街道上二十到三十米，即使在冬天也是如此，因为没有人能够妥善组织这一过程。 有时，餐厅里会持续几分钟都没有人出现——这也很糟糕。 在学生人数较多的学校，即使不浪费一分钟的用餐时间，工作人员也几乎没有时间为每个人提供服务。 因此，那些最后到达分发地点的人（通常是小学生）根本没有足够的时间吃饭。
因此，尽管我必须匆忙提交申请，但我确实非常仔细地考虑了如何使其适应更广泛的用途。
留言说我中了一等奖！
长话短说，我被邀请来向政府官员展示我的项目。 所以我发挥了我所有的 PowerPoint 才能来展示！
演讲开始（最左边 - 部长）
这是一次有趣的经历——我刚刚想出了一些解决自助餐厅问题的方法，最终以某种方式成为了比赛的获胜者。 即使站在舞台上，我也一直在想：“嗯，我到底在这里做什么？” 但总的来说，这个项目给我带来了很大的收获——我学到了很多关于嵌入式系统的开发和现实生活中项目的实施。 嗯，我当然得到了奖品。
结论
这里有一些讽刺之处：无论我参加多少次有意报名的各种竞赛和科学博览会，都没有什么好处。 然后机会就找到了我并给了我很好的结果。
这让我开始思考激励我承担项目的原因。 我为什么开始工作——为了“获胜”或解决我周围世界的实际问题？ 如果第二个动机在你的情况下起作用，我强烈建议你不要放弃这个项目。 通过这种经营方式，您可以一路遇到意想不到的机会，并且不会因为需要获胜而感到压力 - 您的主要动力将是对您的业务的热情。
最重要的是：如果您设法实施一个不错的解决方案，您可以立即在现实世界中尝试它。 就我而言，该平台是一所学校，但随着时间的推移，经验积累，谁知道 - 也许你的应用程序会被整个国家甚至全世界使用。
每次回想起这段经历，我都为自己感到自豪。 我无法解释为什么，但实施该项目的过程给我带来了巨大的乐趣，而且奖品是额外的奖金。 此外，我很高兴能够为同学解决一个每天毁掉他们生活的问题。 有一天，一位学生走过来对我说：“你们的系统非常方便。” 我在第七天堂！
我想即使没有任何奖项，我也会为自己的发展感到自豪。 也许是帮助别人给我带来了如此满足感……总的来说，我喜欢项目。
我希望通过这篇文章实现什么
我希望读完这篇文章后，您会受到启发，去做一些有益于您的社区甚至您自己的事情。 我鼓励你利用你的技能（编程当然是其中之一，但还有其他技能）来改善你周围的现实。 我可以向你保证，你在这个过程中获得的经验是其他任何东西都无法比拟的。
它还可以开辟你意想不到的道路——这就是发生在我身上的事情。 所以，请做你喜欢做的事，在世界上留下你的印记！ 一个声音的回声可以震动整个世界，所以相信自己。
以下是一些与该项目相关的链接：
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来源： habr.com