Система мониторинга и ухода за растениями
508 Система мониторинга и ухода за растения
Данный проект представляет собой студенческую работу, целью которой является разработка системы для автоматизированного ухода за растениями с индивидуальным подходом к каждому растению. Система представляет собой теплицу небольшого объема (порядка 1 м3) и робот с манипулятором, способные автономно ухаживать за растениями с помощью различных насадок. В его функции входит полив, рыхление и удаление лишних растений. А поддержка климата осуществляется с помощью различных модулей, которые позволяют контролировать и поддерживать заданные параметры влажности воздуха и почвы, температуры воздуха и освещенности в теплице. При недостатке каких-либо расходным материалов, например воды, система информирует пользователя о проблемах с помощью sms или оповещений, это происходит через клиентский web-сайт. Для удобства данные об изменении климата в теплице визуализируются, что помогает дополнительно контролировать работу системы и наблюдать за ростом растений. Преимущества данного конструкторского решения является выбор легкодоступных и недорогих материалов. Система мониторинга и ухода за растениями (СМУЗР) обеспечивает выращивание сельскохозяйственных культур в различных климатических условиях за счет возможности настройки множества различных параметров окружающей среды на протяжении всего цикла развития культур. Таким образом, СМУЗР может воссоздать благоприятные природные условия, и, значит, с успехом вырастить урожай разных растений вне зависимости от внешних погодных условий (условия вне теплицы).
Процесс ухода представляет собой передвижение робота (исполняющая часть) по направляющим, останавливаясь около каждого растения, робот производит измерение климатических параметров таких как свет, влажность, температура воздуха и др., при необходимости совершает полив и орошает почву. Все климатические данные отправляются на управляющую часть, которая анализирует их и принимает решение о корректировке тех или иных параметров окружающей среды. При необходимости изменения климата управляющая часть сама включает модули или отправляет команды на исполняющую часть для полива или передвижения к следующему растению. Управляющая часть спроектирована с помощью DE10-Nano Board, что позволяет в полной мере воспользоваться возможностями ПЛИС для управления всей системой. Исполняющая часть управляется с помощью микроконтроллера ATMega2560, так как данный микроконтроллер имеет большое количество выходов для подключения дополнительных модулей, таких как датчики, моторы. Также микроконтроллер имеет небольшие габариты, что позволяет с легкостью разместить его на исполняющей части. Внедрение FPGA с Arduino в проект позволяет расширить возможности робота и улучшить уход за растениями. Использование web-сайта в локальной сети, позволяет пользователям могут настраивать параметры для сельскохозяйственных культур и контролировать выращиваемые растения в режиме реального времени.
Для более качественного ухода за растениями в системе предусмотрена вентиляция, включение которой помогает перемешивать воздушные массы внутри теплицы, а также этот процесс влияет на изменения уровня загазованности при проветривании. Специальные светодиодные ленты являются дополнительным источником света, что позволяет воссоздавать благоприятный климат для сельскохозяйственных культур, так как длительность светового дня одна из важнейших характеристик растений. Дополнительный нагрев воздуха, почвы и воды для полива воссоздает мягкий климат внутри теплицы, также поддерживает для растений благоприятные условия и позволяет ускорить процесс прорастания семян, поддерживает в период цветения и плодоношения, ведь именно в эти периоды растения наиболее уязвимы при резком изменении климата.
СМУЗР имеет востребованность в сельском хозяйстве, благодаря увеличению урожайности и уменьшению стоимости выращивания сельскохозяйственных культур. Данное решение позволяет автоматизировать выращивание растений как в личном подсобном хозяйстве, так и на массовом производстве. Также данную систему можно использовать для исследовательской деятельности в области сельского хозяйства или инженерных решений.
На данный момент разработка проекта находится на стадии окончательного проектирования и установки моделей корпуса исполняющей части. Общий каркас системы и финальный вариант ПО для прототипа также находится на завершающем этапе. Общий вид системы представлен на рисунке 1. На рисунке 2 изображен манипулятор с закрепленным датчиком влажности почвы.
Команда проекта состоит из троих студентов, у каждого из которых есть свои обязанности:
– Программист frontend, инженер-конструктор – Белоруков Алексей Михайлович, БИВ186;
– Программист hardware, разработчик БД – Гареев Динар Рустамович, БИВ186;
– Лидер проекта, программист на Verilog, программист hardware, инженер-схемотехник – Измайлова Лидия Георгиевна, БИВ186.