Остання редакція: 24-04-2023
Тези доповіді
В сучасному світі використання технологій для підвищення ефективності сільського господарства є надзвичайно важливим завданням. Одним з таких технологій є комп'ютерна система управління теплицею, яка дозволяє автоматизувати процеси контролю та управління кліматом у теплиці. У даній роботі розглядається апаратна частина такої системи.
Одним із головних компонентів комп'ютерної системи управління теплицею є мікроконтролер, який забезпечує зчитування даних з датчиків, обробку зчитаних даних та керування елементами системи. Застосування Для забезпечення надійності роботи системи та забезпечення її безперебійної роботи в разі відмови одного з компонентів, мікроконтролер має бути підключений до системи безперебійного живлення.
Датчики, що використовуються у системі, повинні бути якісно ізольованими від вологи, оскільки вони будуть використовуватися в умовах високої вологості. Це стосується не лише датчиків, але й контактів та провідників сигналу з них. Датчики температури та вологості повинні бути розташовані в різних точках теплиці, щоб забезпечити коректність зчитування даних, та полегшити їх встановлення під час монтажу теплички в її робоче місце.
Також у системі повинен бути встановлений інтерфейс для зв'язку з віддаленим сервером, що дозволить користувачеві здійснювати моніторинг та управління системою з використанням серверу. Окрім цього необхідно забезпечити первинні налаштування системи через комп’ютер, для подальшої роботи з сервером.
Крім того, у системі можуть використовуватися актуатори, які керують елементами системи, а саме: системою поливу, вентиляції та освітлення. Для забезпечення максимальної точності та ефективності роботи системи, актуатори повинні мати можливість регулювання інтенсивності роботи.
Також важливим елементом системи є блок живлення, який забезпечує живлення всіх компонентів системи. Блок живлення повинен мати достатню потужність, а також бути забезпеченим системою захисту від перенапруги та перевантаження.
Для збору та обробки інформації було використано пристрій Arduino Nano, побудований на базі мікроконтролеру ATmega328. Arduino Nano має вбудований USB-інтерфейс для взаємодії з комп’ютером для отримання даних про мережу, через яку буде здійснений доступ до сервера, адреси сервера. Також USB-вхід використовується для живлення Arduino Nano, що є дуже корисним з точки зору оптимізації простору, адже зменшує кількість проводів в системі.
Для отримання даних температури було використано датчик DS18B20. Перевагами цього датчика є: висока надійність, точність до 0.5 °С, мала потужність – до 6мВт, можливість підключення декількох датчиків завдяки технології OneWire та відсутність необхідності калібрування, так як калібрування відбувається виробником при створенні термометру. Робоча напруга датчика від 3В до 5.5В. Робочий струм DS18B20 – 1мА. Для взаємодії датчика з Arduino Nano використовується бібліотека microDS18B20.h, створена виробником.
Для отримання даних освітлення було використано фоторезистор. Arduino має вбудований АЦП, тож аналоговий сигнал з фоторезистору може бути коректно оброблений.
Для отримання рівня вологості ґрунту було використано датчик YL-69, що працює за принципом фіксації зміни провідності ґрунту при збільшенні його вологості та видає на вихід аналоговий сигнал.
Для отримання рівня води в резервуарі було використано датчик рівня води T1592. Напруга живлення датчика 3 - 5 В. Струм близько 20 мА.
Для відправки інформації було використано Wi-Fi модуль esp8266-01s, що є модифікацією стандартного модуля esp8266-01 з більшим радіусом покриття Wi-Fi-сигналу.
Регулювання температури в системі здійснюється за допомогою вентилятора потужністю 5Вт. Коли вентилятор вимкнений – повітря в теплиці нагрівається за рахунок парникового ефекту. В разі надмірного нагріву вентилятор вмикається та забезпечує циркуляцію повітря між теплицею та навколишнім середовищем, що призводить до зменшення температури.
Регулювання рівню вологості ґрунту відбувається за рахунок системи поливу, в якій дренажний насос качає воду з резервуару до ґрунту, тим самим забезпечуючи полив.
Окрім цього в теплиці наявний механізм подовження світлового дня, шляхом включення лампи, якщо світла для рослини буде не достатньо.
В якості блока живлення виступатиме подільник напруги, що буде ділити вхідну напругу, відповідно до необхідної напруги живлення кожного елементу теплиці (рис.1).
Рис.1 Електрична схема подільника напруги
Отже, комп'ютерна система управління теплицею має складну апаратну частину, яка складається з мікроконтролера, датчиків, актуаторів, блоку живлення та двох інтерфейсів. Усі ці компоненти повинні мати відповідну якість, а також забезпечені безперебійним живленням.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. "Computerized Greenhouse Control System Based on LabVIEW and Arduino", автори: Xianjun Li, Hongjie Wang, Huigang Wang та ін.
2. "Greenhouse Environmental Control Using Wireless Sensor Networks and Embedded Systems", автори: E. F. Castillo-Pacheco, R. A. Osornio-Rios, A. L. Medrano-Llamas та ін.
3. "Design of a Reliable Power Supply System with Overvoltage and Overcurrent Protection for Greenhouse Environment Control", автори: X. Yu, Y. Zhang, H. Chen, Q. Xie та ін.
4. "Development of a Smart Greenhouse Control System Using Wireless Sensor Network and Actuators", автори: H. Zhang, C. Xu, J. Li, Z. Cai