Разработка механизма определяющего уровень спелости урожая с помощью конструктора Lego Education

XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Разработка механизма определяющего уровень спелости урожая с помощью конструктора Lego Education

Банников Е.И. 1Ледяев А.М. 1Никитина Д.А. 1Симаков Ярослав Алексеевич 1
1Школа интерактивного развития "ТриКита"
Долгов Е.А. 1Волокитина Е.А. 1
1Школа интерактивного развития "ТриКита"
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Современные технологии в сельском хозяйстве позволяют повысить эффективность сбора урожая за счёт внедрения автоматизированных систем. Одной из ключевых задач является определение степени спелости плодов перед их сбором, так как несвоевременный сбор может привести к потерям урожая и снижению его качества. Традиционные методы, основанные на визуальном осмотре или механическом тестировании, требуют значительных трудозатрат и могут давать субъективные результаты.

Кроме того, многие культуры требуют точного времени сбора, так как перезрелые плоды становятся непригодными для транспортировки и хранения, а недозревшие теряют свои вкусовые и питательные свойства. Например, для экспортируемых фруктов важно собрать урожай в оптимальный момент зрелости, чтобы они сохранили свежесть во время длительной транспортировки. Также ошибки в сроках сбора могут повлиять на общий объём урожая и прибыльность сельскохозяйственного производства.

Разработка автоматического робота, способного проверять спелость плодов с использованием датчиков и алгоритмов обработки данных, позволит значительно упростить этот процесс. В данном проекте будет использован конструктор LEGO WeDo 2.0 с мотором и датчиком расстояния, что позволит создать мобильную платформу для анализа плодов и выдачи информации о необходимости их сбора.

Цель работы:

Разработать автоматический робот для проверки спелости плодов и вывода информации о готовности к сбору, используя мотор и датчик расстояния.

Задачи:

  1. Изучить методы определения спелости плодов в сельском хозяйстве.

  2. Рассмотреть влияние различных факторов на спелость плодов.

  3. Изучить группы и виды урожая и способы определения их спелости.

  4. Разработать конструкцию робота с использованием LEGO WeDo 2.0.

  5. Реализовать систему проверки плодов с применением датчика расстояния.

  6. Запрограммировать алгоритм обработки данных и вывода информации.

  7. Провести тестирование модели и оценить её эффективность.

Глава 1. Теоретические основы определения спелости плодов

1.1 Важность точного определения спелости

Определение спелости плодов играет ключевую роль в сельском хозяйстве, так как:

  • Позволяет собирать урожай в оптимальный момент, обеспечивая наилучший вкус и питательную ценность.

  • Снижает потери урожая, предотвращая преждевременный или запоздалый сбор.

  • Улучшает качество продукции для транспортировки и хранения.

1.2 Важность сбора урожая в ранний срок

Своевременный сбор урожая позволяет:

  • Сохранить товарный вид продукции – ранний сбор предотвращает перезревание и механические повреждения.

  • Оптимизировать логистику – правильное планирование сбора позволяет снизить затраты на транспортировку и хранение.

  • Предотвратить распространение болезней – своевременный сбор уменьшает риск заражения растений и распространения плесени.

  • Сохранить питательные свойства – фрукты и овощи, собранные вовремя, содержат больше витаминов и полезных веществ.

1.3 Группы и виды урожая, их спелость и факторы, влияющие на неё

Все сельскохозяйственные культуры можно разделить на несколько групп, каждая из которых имеет свои критерии спелости:

  • Фрукты и ягоды (яблоки, груши, виноград, клубника) – спелость определяется цветом кожуры, уровнем сахара, мягкостью и запахом. Факторы, влияющие на созревание: температура воздуха, солнечный свет, влажность.

  • Овощи (помидоры, перец, баклажаны) – оцениваются по цвету, плотности и размеру. Важными факторами являются правильный полив, температура и защита от вредителей.

  • Зерновые культуры (пшеница, кукуруза, рис) – спелость определяется влажностью зёрен и их твёрдостью. На процесс созревания влияют осадки, почвенный состав и температурный режим.

  • Корнеплоды (картофель, морковь, свёкла) – готовность к сбору определяется размером, плотностью и изменением окраски ботвы. Влияющие факторы: глубина посадки, состав почвы и температура грунта.

Таким образом, для каждой группы растений используются разные методы определения спелости, что необходимо учитывать при разработке автоматизированной системы анализа зрелости плодов.

Глава 2. Разработка проекта и тестирование

2.1 Выбор конструкции и компонентов

Для создания робота используется набор LEGO WeDo 2.0. Основные элементы конструкции:

  • Мотор – управляет механизмом анализа плодов, обеспечивая их вращение или подачу в зону сканирования.

  • Датчик расстояния – фиксирует наличие плодов, измеряет их удалённость и анализирует размеры, что помогает определить спелость.

  • Подвижная платформа – позволяет роботу перемещаться между растениями и проверять плоды с разных сторон.

  • Система вывода информации – передаёт данные о спелости плодов оператору через визуальные или звуковые сигналы.

  • Рама и крепления – обеспечивают устойчивость конструкции и фиксируют датчик расстояния в оптимальном положении.

2.2 Принцип работы робота

  1. Обнаружение плода – робот передвигается вдоль рядов растений и с помощью датчика расстояния фиксирует наличие плода.

  2. Измерение параметров – датчик оценивает удалённость, форму и размер плода, сравнивая их с заданными эталонами.

  3. Оценка спелости – если параметры соответствуют данным о зрелом плоде, система даёт сигнал о готовности к сбору.

  4. Передача данных – информация о спелости плодов передаётся оператору с помощью цветового или звукового сигнала.

2.3 Программирование и тестирование

  1. Разработка программного кода, позволяющего датчику расстояния фиксировать плоды и анализировать их параметры.

  2. Настройка алгоритма определения спелости на основе полученных данных.

  3. Программирование реакции робота на обнаруженные плоды (сигнализация о спелости или перемещение к следующему растению).

  4. Проведение тестов с разными видами плодов для проверки точности работы системы.

  5. Анализ результатов тестирования, внесение корректировок в программное обеспечение.

  6. Оптимизация конструкции для повышения точности измерений и устойчивости платформы.

Таким образом, усовершенствованная глава 2 более детально раскрывает устройство, принцип работы, алгоритм принятия решений роботом и этапы тестирования.

Заключение

Разработанный автоматический робот для проверки спелости плодов демонстрирует возможности автоматизированного контроля качества урожая. Использование датчика расстояния позволило создать систему, реагирующую на наличие плодов, а мотор обеспечивает возможность перемещения и анализа.

Тестирование показало, что робот:

  • Снижает трудозатраты на проверку спелости плодов.

  • Повышает точность сбора урожая, минимизируя потери.

  • Позволяет интегрировать дополнительные технологии, такие как датчики цвета и влажности.

Дальнейшее развитие проекта может включать:

  • Добавление более точных сенсоров для анализа состояния плодов.

  • Усовершенствование алгоритмов обработки данных.

  • Интеграцию с системами автоматизированного сбора урожая.

Список использованных источников и литературы:

  1. Ботаника для садоводов. Д. Ходж, 2019

  2. Умный огород в деталях. Н. И. Курдюмов, 2011

  3. Десять этапов проектирования малого сада. А. Сапелин, 2013

  4. Белая книга садовода для детей. П. Каролина, 2024

  5. Большая книга идей Lego. Машины и механизмы. Й. Исогава, 2021

Электронные источники:

  1. https://education.lego.com/en-us/;

  2. https://good-tips.pro/index.php/house-and-garden/orchard-and-garden/vegetables/plant-growth

Просмотров работы: 7