УДК 004.94(773)

розробка комп’ютерної системи автоматичного підтримання параметрів мікроклімату в теплиці на базі МК Arduino

Довгополий В.С., Сагун А.В.

Вступ

Теплиці є важливим інструментом для вирощування рослин у зонах з холодним або вологим кліматом, а також для покращення урожайності та якості вирощених культур. Однак, забезпечення оптимальних параметрів мікроклімату в теплицях може бути складною задачею, яка вимагає постійного контролю та регулювання параметрів повітря, температури, вологості та освітленості.

У зв'язку з цим, розробка комп'ютерної системи автоматичного підтримання параметрів мікроклімату в теплиці на базі МК Arduino є актуальною та перспективною задачею, яка може допомогти забезпечити стабільність та оптимальність мікроклімату в теплиці, підвищити ефективність вирощування культур та знизити витрати ресурсів.

Постановка задачі дослідження полягає в розробці ефективної системи контролю та регулювання мікроклімату в теплицях на базі мікроконтролера Arduino. Для досягнення цієї мети необхідно розробити комп'ютерну систему, яка автоматично збиратиме та аналізуватиме дані про параметри мікроклімату в теплиці, такі як температура, вологість повітря, освітленість та інші. На основі отриманих даних система буде автоматично регулювати рівень параметрів мікроклімату в теплиці шляхом керування різними елементами системи, такими як вентилятори, системи поливу та освітлення.

Основною метою розробки системи є забезпечення оптимальних умов для росту та розвитку рослин в теплиці, що може підвищити їхню продуктивність та якість. Розроблена система може бути використана в різних галузях землеробства та тепличного господарства для автоматичного контролю та регулювання параметрів мікроклімату в теплицях та інших закритих приміщеннях.

Розробка комп’ютерної системи та очікувані результати

Для розробки системи необхідно провести ряд досліджень, зокрема, вибір та дослідження датчиків для вимірювання параметрів мікроклімату, розробку програмної логіки для збору даних та керування обладнанням, встановлення необхідного обладнання та проведення експериментальних досліджень для перевірки ефективності розробленої системи.

Методи роботи при розробці комп’ютерної системи автоматичного підтримання параметрів мікроклімату в теплиці на базі МК Arduino включають в себе наступні кроки:

ü     Вибір та дослідження датчиків: необхідно вибрати датчики, які найкраще відповідають потребам системи та забезпечують вимірювання температури, вологості повітря, освітленості та інших параметрів мікроклімату в теплиці.

ü     Розробка програмного забезпечення: необхідно розробити програмне забезпечення для збору даних з датчиків та їх аналізу. Програмне забезпечення також має забезпечувати автоматичне керування різними елементами системи, наприклад, системою поливу, вентиляторами та освітленням.

ü     Проведення експериментальних досліджень: для перевірки ефективності розробленої системи необхідно провести експериментальні дослідження, які дозволять оцінити якість та ефективність системи в різних умовах.

ü     Оцінка результатів: на основі отриманих результатів експериментальних досліджень можна оцінити ефективність та точність роботи системи та внести необхідні корективи в програмне забезпечення та обладнання для поліпшення їх роботи.

На цей час розроблена проста схема реалізації комп'ютерної системи автоматичного підтримання параметрів мікроклімату в теплиці. Ця схема, зображена на Рис. 1, розроблена в середовищі емуляції комп’ютерних систем Cisco Packet Tracer[1]. Комп’ютерна система на Рис. 1 зібрана на базі маршрутизатора і працює за допомогою безпровідного з’єднання. Її елементами є: два вікна, датчики температури та вологи в повітрі, обігрівач(наприклад, HIPER IoT Heater mini H1, в залежності від розмірів теплиці), спринклер(наприклад, Hunter PGV-100G-B), вентилятор(наприклад, HIPER IoT Fan Tower T1) і лампа денного світла(наприклад, Momax Bright IoT Lamp with Wireless Charging 10W). Датчики в схемі можуть бути замінені на один пристрій, наприклад, датчик температури і вологості повітря Haozee HZ102DB.

Правила роботи елементів налаштовані таким чином, що в залежності від занадто низької(менше ніж 17ºC) або високої(більше ніж 18ºC) температури повітря в теплиці, відповідно вмикається обігрівач або відкриваються вікна і вмикається вентилятор. При занадто низькій вологості(менше ніж 70% вологості в повітрі), в свою чергу, вмикається спринклер. Якщо ж вологість занадто висока(більше ніж 75% вологості в повітрі), за допомогою вікон теплиця провітрюється для стабілізування цього показника. Також, при низькому рівні освітлення вмикається лампа, що забезпечує теплицю світлом ввечері і зранку. Всі ці правила працюють за допомогою програми IoT Monitor в Cisco IOS і налаштовуються з смартфону підключеного до маршрутизатора.

В майбутньому схема буде ускладнена мікроконтролером Arduino і відповідними програмними налаштуваннями елементів системи на цьому мікроконтролері.

Рис. 1 Початкова схема комп'ютерної системи автоматичного підтримання параметрів мікроклімату в теплиці

Очікувані результати розробки комп'ютерної системи автоматичного підтримання параметрів мікроклімату в теплиці на базі МК Arduino можуть включати наступне:

ü     Забезпечення стабільного та оптимального мікроклімату в теплиці: розроблена система повинна забезпечувати стабільність та оптимальність параметрів мікроклімату в теплиці шляхом автоматичного керування різними елементами системи, наприклад, системою поливу, вентиляторами та освітленням.

ü     Економія ресурсів та зниження витрат: розроблена система повинна знижувати витрати на електроенергію, воду та інші ресурси, завдяки автоматичному керуванню різними елементами системи в залежності від потреб рослин.

ü     Збільшення врожайності та якості вирощених культур: стабільність та оптимальність мікроклімату в теплиці можуть сприяти збільшенню врожайності та якості вирощених культур.

ü     Підвищення ефективності та точності роботи системи: проведення експериментальних досліджень та оцінка результатів можуть допомогти вдосконалити програмне забезпечення та обладнання, що дозволить підвищити ефективність та точність роботи системи.

ü     Зручність та легкість управління системою: розроблена система повинна бути зручною та легкою у використанні, забезпечуючи зручний доступ до параметрів мікроклімату та можливість їх налаштування.

Висновки

Розробка комп'ютерної системи автоматичного підтримання параметрів мікроклімату в теплиці на базі МК Arduino є актуальною та перспективною задачею, оскільки така система може забезпечити стабільність та оптимальність мікроклімату в теплиці, що дозволить збільшити врожайність та якість вирощених культур, знизити витрати ресурсів та забезпечити економію часу.

Дослідження проводиться за допомогою експериментів та використання програмного забезпечення, що дозволяє автоматично керувати різними елементами системи залежно від потреб рослин. Очікувані результати розробки включають стабільний та оптимальний мікроклімат, збільшення врожайності та якості вирощених культур, зниження витрат ресурсів, підвищення ефективності та точності роботи системи та зручне управління системою.

Отже, розробка комп'ютерної системи автоматичного підтримання параметрів мікроклімату в теплиці на базі МК Arduino є важливою та перспективною задачею, яка може допомогти покращити процес вирощування рослин та забезпечити більш ефективне використання ресурсів.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Cisco Packet Tracer [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: https://www.netacad.com/courses/packet-tracer.
2. Cisco IoT Solutions [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: https://www.cisco.com/c/en/us/solutions/internet-of-things/overview.html.