當我讀高三（2016年XNUMX月至XNUMX月），我對學校食堂的情況感到非常惱火。
問題一：排隊等候時間過長
我觀察到什麼問題？ 像這樣：
分發處聚集了許多學生，他們必須長時間站立（五到十分鐘）。 當然，這是一個普遍的問題，也是一個公平的服務方案：越晚到達，越晚得到服務。 這樣你就可以理解為什麼你必須等待。
問題二：等待者的不平等條件
但是，當然，這還不是全部；我還必須觀察另一個更嚴重的問題。 如此嚴重，我最終決定嘗試尋找擺脫困境的方法。 高中生（即所有學業成績至少高一年級的人）和老師無需排隊即可領取分發品。 是的，是的，而你作為一個小學生，什麼都不能告訴他們。 我們學校對於班級之間的關係有相當嚴格的政策。
因此，我和我的朋友們，當我們還是新手的時候，首先來到食堂，正要拿食物——然後高中生或老師出現了，只是把我們推到一邊（有些人比較友善，允許我們留在裡面）我們在隊列中的位置）。 儘管我們比其他人都早到，但我們還是多等了十五到二十分鐘。
我們在午餐時間過得特別糟糕。 白天，幾乎每個人都湧向食堂（老師、學生、工作人員），所以對我們這些小學生來說，午餐從來都不是一件快樂的事。
問題的常見解決方案
但由於新人別無選擇，我們想出了兩種方法來降低被拋到隊伍後面的風險。 第一個是很早就來到餐廳（也就是說，實際上是在食物開始供應之前）。 第二種是故意打乒乓球或籃球來消磨時間，並且很晚才到達（午餐開始後大約二十分鐘）。
在某種程度上它起作用了。 但說實話，沒有人急於以最快的速度衝到餐廳去吃東西，或者跟在其他人後面吃完冷掉的剩菜，因為他們是最後的。 我們需要一個解決方案，讓我們知道自助餐廳何時不擁擠。
如果有算命先生為我們預測未來，並告訴我們具體什麼時候去餐廳，那就太好了，這樣我們就不用等太久了。 麻煩的是，每天一切的結果都不一樣。 我們不能簡單地分析模式並確定最佳點。 我們只有一種方法可以了解餐廳裡的情況——步行到達那裡，而路徑可能有幾百米，這取決於你所在的位置。 因此，如果你來了，看看隊伍，回來後繼續以同樣的精神，直到它變短，你會浪費很多時間。 總的來說，小學班的生活是令人厭惡的，對此也無能為力。
Eureka – 創造食堂監控系統的想法
突然，在下一個學年（2017 年），我對自己說：“如果我們製作一個能夠實時顯示隊列長度（即檢測交通擁堵）的系統會怎樣？” 如果我成功了，情況會是這樣的：小學生只需看一眼手機即可獲取有關當前工作量水平的最新數據，並得出關於他們現在去是否有意義的結論。
從本質上講，該計劃通過獲取資訊消除了不平等。 在它的幫助下，小學生可以自己選擇最適合他們做的事情——去排隊（如果不是太長的話）或者花更有用的時間，然後再選擇更合適的時間。 這個想法讓我非常興奮。
食堂監控系統的設計
2017年XNUMX月，我必須提交一個物件導向程式設計課程的項目，我提交了這個系統作為我的專案。
初步系統計劃（2017年XNUMX月）
設備選用（2017年XNUMX月）
帶有上拉電阻的簡單觸覺開關。 三排五個盾牌的方案，以識別沿三線的隊列
我只訂購了 1 個薄膜開關、一塊基於 ESP8266 的 Wemos DXNUMX 迷你板，以及一些我打算用來連接漆包線的環形夾。
原型設計與開發（2017 年 XNUMX 月）
我從一塊麵包板開始，在上面組裝了一個電路並進行了測試。 我的材料數量有限，因此我將自己限制在具有五個踏板的系統上。
對於我用 C++ 寫的軟體，我設定了以下目標：
- 連續工作並僅在提供食物期間（早餐、午餐、晚餐、下午點心）發送數據。
- 以一定的頻率識別自助餐廳的隊列/交通狀況，以便數據可以用於機器學習模型（例如 10 Hz）。
- 以高效率的方式（資料包大小應該很小）並以較短的時間間隔向伺服器發送資料。
為了實現這些目標，我需要執行以下操作：
- 使用 RTC（即時時鐘）模組持續監控時間並確定自助餐廳何時提供食物。
- 採用一種資料壓縮的方法，將屏蔽狀態記錄在一個字元中。 將資料視為五位二進位代碼，我將各種值對應為 ASCII 字符，以便它們代表資料元素。
- 透過使用 POST 方法發送 HTTP 請求來使用 ThingSpeak（一種用於分析和線上圖表的 IoT 工具）。
當然，也存在一些錯誤。 例如，我不知道 sizeof( ) 運算子傳回 char * 物件的值 4，而不是字串的長度（因為它不是數組，因此編譯器不會計算長度）並且非常驚訝為什麼我的HTTP 請求只包含來自所有URL 的四個字元！
我也沒有在 #define 步驟中包含括號，這導致了意外的結果。 好吧，讓我們說：
#define _A 2 * 5
int a = _A / 3;這裡人們會期望 A 等於 3 (10 / 3 = 3)，但實際上計算方式不同：2 (2 * 5/ 3 = 2)。
最後，我處理的另一個值得注意的錯誤是看門狗計時器的重置。 我為這個問題掙扎了很長時間。 後來發現，我試圖以錯誤的方式存取 ESP8266 晶片上的低級註冊表（錯誤地為指向結構的指標輸入了 NULL 值）。
我設計和製作的腳盾。 拍攝照片時，他已經經歷了五週的踐踏，倖存下來
硬體（腳踏板）
為了確保防護罩能夠承受食堂的惡劣條件，我對它們提出了以下要求：
- 防護罩必須夠堅固，能夠隨時支撐人體重量。
- 防護罩應該很薄，以免打擾排隊的人。
- 踩踏時必須啟動開關。
- 防護罩必須防水。 餐廳總是潮濕。
為了滿足這些要求，我選擇了兩層設計——雷射切割丙烯酸作為底座和頂蓋，軟木作為保護層。
我在AutoCAD中製作了盾牌佈局； 尺寸 – 400 x 400 毫米。
左邊是投入生產的設計。 右側是帶有樂高連結的選項
順便說一句，我最終放棄了右手設計，因為使用這樣的固定係統，結果證明盾牌之間應該有40厘米，這意味著我無法覆蓋所需的距離（超過十米）。
為了連接所有開關，我使用了漆包線 - 總共花了 70 多公尺！ 我在每個防護罩的中心放置了一個薄膜開關。 兩個夾子從側槽突出到開關的左側和右側。
嗯，為了防水，我使用了電工膠帶。 很多電工膠帶。
一切順利！
XNUMX月XNUMX日至XNUMX月XNUMX日期間
系統照片 - 這裡可以看到所有五個防護罩。 左側是電子裝置（D1-mini / 藍牙 / RTC）
XNUMX月XNUMX日早上八點（早餐時間），系統開始收集餐廳當前狀況資料。 我簡直不敢相信自己的眼睛。 就在兩個月前，我穿著睡衣坐在家裡草擬整體方案，現在整個系統都順利運作……或者沒有。
測試期間軟體錯誤
當然，系統中存在著許多錯誤。 這是我記得的。
嘗試將客戶端連接到 ThingSpeak API 時，程式不會檢查可用的 Wi-Fi 點。 為了修復該錯誤，我添加了一個額外的步驟來檢查 Wi-Fi 可用性。
在設定函數中，我反覆呼叫“WiFi.begin”，直到出現連線。 後來我發現連接是由ESP8266韌體建立的，而begin函數僅在設定Wi-Fi時使用。 我透過在設定過程中僅調用該函數一次來糾正這種情況。
我發現我創建的命令列介面（旨在設定時間、更改網路設定）在休息時（即早餐、午餐、晚餐和下午茶之外）不起作用。 我還看到，當沒有記錄發生時，內部循環加速過度，串行數據讀取太快。 因此，我設定了一個延遲，以便系統等待其他命令在預期時到達。
向看門狗致敬
哦，還有一件事是關於看門狗定時器的問題 - 我在“現場”條件下的測試階段精確地解決了這個問題。 毫不誇張地說，這就是我四天來的全部想法。 每次休息（持續十分鐘）我都會衝到自助餐廳只是為了嘗試新版本的代碼。 當發行版開始時，我在地板上坐了一個小時，試圖抓住這個錯誤。 我甚至沒有想到食物！ 感謝 ESP8266 Watchdog 帶來的所有好東西！
我是如何計算出 WDT 的
我一直在苦苦掙扎的程式碼片段
我找到了一個程序，或者更確切地說是 Arduino 的擴展，它可以在發生 Wdt 重置時分析軟體的資料結構，存取已編譯程式碼的 ELF 檔案（函數和指標之間的關聯）。 完成此操作後，結果表明可以透過以下方式消除錯誤：
該死的！ 好吧，誰知道修復即時系統中的錯誤是如此困難！ 然而，我刪除了這個錯誤，結果證明這是一個愚蠢的錯誤。 由於我缺乏經驗，我寫了一個 while 循環，其中數組超出了範圍。 啊! （index++ 和 ++index 是兩個很大的差別）。
測試期間硬體問題
當然，裝備，也就是護腳板，還很不理想。 正如您所料，其中一個開關被卡住了。
XNUMX 月 XNUMX 日，午餐時，第三個面板上的開關卡住了
上面我提供了 ThingSpeak 網站上的線上圖表的螢幕截圖。 正如您所看到的，在 12:25 左右發生了一些事情，之後三號護盾失效了。 結果，隊列長度被確定為 3（值為 3 * 100），即使實際上它沒有到達第三個屏蔽。 解決方法是我添加了更多填充物（是的，膠帶），為開關提供更多空間。
有時，當電線被門卡住時，我的系統實際上會被連根拔起。 手推車和包裹通過這扇門進入餐廳，這樣它就帶著電線一起關閉，並將其從插座中拉出。 在這種情況下，我注意到資料流出現意外故障，並猜測系統已與電源斷開。
在整個學校傳播有關該系統的信息
如同已經提到的，我使用了 ThingSpeak API，它以圖表的形式視覺化網站上的數據，非常方便。 一般來說，我基本上只是在學校的Facebook群組中發布了我的日程安排連結（我搜尋了這個帖子半個小時，但找不到它 - 很奇怪）。 但我在我的學校社區 Band 上發現了一個帖子，日期為 2017 年 XNUMX 月 XNUMX 日：
反應很瘋狂！
我發布這些帖子是為了激發人們對我的專案的興趣。 然而，即使只是看著它們本身也很有趣。 假設您可以在這裡清楚地看到，人數在 6:02 急劇增加，到 6:10 幾乎為零。
上面我附上了一些與午餐和下午茶相關的圖表。 有趣的是，午餐時間的工作量高峰幾乎總是出現在12點25分（隊列到達第五盾）。 對於下午點心來說，一大群人通常是不尋常的（隊列最多有一板長）。
你知道什麼好笑嗎？ 這個系統仍然存在（https://thingspeak.com/channels/346781）！ 我登入之前使用的帳戶，看到了這樣的內容：
在上圖中，我看到XNUMX月XNUMX日的人潮明顯減少了。 這也難怪——那是星期天。 在這一天，幾乎每個人都會去某個地方，因為大多數情況下只有周日你才能離開校園。 很明顯，週末你在食堂裡看不到一個活人。
我的專案如何獲得韓國教育部一等獎
正如您親眼所見，我參與這個計畫並不是因為我想獲得某種獎勵或認可。 我只是想用我的技能來解決我在學校面臨的長期問題。
然而，我們學校的營養師 O 小姐在計劃和開發項目時與我關係非常密切，有一天，她問我是否知道一場自助餐廳創意競賽。 然後我覺得比較餐廳的想法是某種奇怪的想法。 但我看了資料冊，得知專案必須在24月XNUMX日之前提交！ 好吧。 我很快就敲定了概念、數據和圖形，並發送了申請。
改變原本的競賽想法
順便說一句，我最終提出的系統與已經實施的系統略有不同。 本質上，我為更大的韓國學校調整了原來的方法（即時測量隊列長度）。 比較一下：我們學校有三百名學生，有的學校一堂課就有這麼多人！ 我需要弄清楚如何擴展系統。
因此，我提出了一個更基於「手動」控制的概念。 現在韓國學校已經推出了全班的飲食計劃，嚴格遵守，所以我建立了一個不同的「訊號-回應」類型的框架。 這裡的想法是，當你前面的自助餐廳的隊伍達到了一定的隊伍長度限制（即隊伍變短）時，他們會使用牆上的按鈕或開關手動向你發送信號。 訊號將傳輸到電視螢幕或透過 LED 燈泡。
我真的很想解決全國所有學校都存在的問題。 當我聽到O小姐的故事後，我的決心更加堅定了——我現在就告訴你。 事實證明，在一些大型學校，排隊的隊伍超出了自助餐廳，延伸到街上二十到三十米，即使在冬天也是如此，因為沒有人能夠妥善組織這一過程。 有時，餐廳裡會持續幾分鐘都沒有人出現——這也很糟糕。 在學生人數較多的學校，即使不浪費一分鐘的用餐時間，工作人員幾乎沒有時間為每個人提供服務。 因此，那些最後到達分發地點的人（通常是小學生）根本沒有足夠的時間吃飯。
因此，儘管我必須匆忙提交申請，但我確實非常仔細地考慮瞭如何使其適應更廣泛的用途。
留言說我中了一等獎！
長話短說，我被邀請來向政府官員展示我的專案。 所以我發揮了我所有的 PowerPoint 才能來展示！
演講開始（最左邊 - 部長）
這是一次有趣的經歷——我剛剛想出了一些解決自助餐廳問題的方法，最終以某種方式成為了比賽的獲勝者。 即使站在舞台上，我也一直在想：“嗯，我到底在這裡做什麼？” 但總的來說，這個計畫為我帶來了巨大的收穫——我學到了很多關於嵌入式系統的開發和現實生活中計畫的實施。 嗯，我當然得到了獎品。
結論
這裡有一些諷刺之處：無論我參加多少次有意報名的各種競賽和科學博覽會，都沒有什麼好處。 然後機會就找到了我並給了我很好的結果。
這讓我開始思考激勵我承擔專案的原因。 我為什麼開始工作——為了「獲勝」或解決我周圍世界的實際問題？ 如果第二個動機在你的情況下起作用，我強烈建議你不要放棄這個計畫。 透過這種經營方式，您可以一路遇到意想不到的機會，並且不會因為需要獲勝而感到壓力 - 您的主要動力將是對您的業務的熱情。
最重要的是：如果您設法實施一個不錯的解決方案，您可以立即在現實世界中嘗試它。 就我而言，該平台是一所學校，但隨著時間的推移，經驗積累，誰知道 - 也許你的應用程式會被整個國家甚至全世界使用。
每次回想起這段經歷，我都為自己感到驕傲。 我無法解釋為什麼，但實施該專案的過程給我帶來了巨大的樂趣，獎品是額外的獎金。 此外，我很高興能夠為同學解決一個每天毀掉他們生活的問題。 有一天，一位學生走過來對我說：“你們的系統非常方便。” 我在第七天堂！
我想即使沒有任何獎項，我也會為自己的發展感到自豪。 也許是幫助別人給我帶來瞭如此滿足感……總的來說，我喜歡專案。
我希望透過這篇文章實現什麼
我希望讀完這篇文章後，您會受到啟發，去做一些有益於您的社區甚至您自己的事情。 我鼓勵你利用你的技能（程式設計當然是其中之一，但還有其他技能）來改善你周圍的現實。 我可以向你保證，你在這個過程中獲得的經驗是其他任何東西都無法比擬的。
它還可以開闢你意想不到的道路——這就是發生在我身上的事情。 所以，請做你喜歡做的事，在世界上留下你的印記吧！ 一個聲音的迴音可以震動整個世界，所以相信自己。
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