XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Симулятор «умного» парника
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Актуальность
В условиях современного мира, где многие люди ведут активный образ жизни и часто отсутствует дома, возможность удаленного управления парником становиться особенно важным. Поэтому возник вопрос, можно ли создать прототип на Arduino, с помощью которого можно контролировать условия среды для культурных растений на расстоянии.
Цель работы – создание прототипа симулятора «умный» парник на Arduino, который контролирует влажность, температуру и освещенность.
Для реализации цели были поставлены следующие задачи:
-
изучить и проанализировать и научную, учебную, методическую литературу по ботанике и агрономии;
-
опросить садоводов для изучения необходимости и актуальности создания кода;
-
разработать программный кода и проотипа для использования его любым пользователем;
-
провести оценку полученных результатов.
В ходе решения поставленных задач применялись следующие методы исследования:
-
анализ методической литературы по проблеме исследования;
-
анализ и синтез;
-
тестирование;
-
интервьюирование.
Теоретическая значимость данной работы заключается в возможности назначения и применения алгоритмов, библиотек и функций, для создания программного кода.
Практическая значимость в данной работы заключается в управлении растений и автоматизации, что может привести к улучшению условий роста.
Содержательная часть
-
Теоретическая часть
-
История создания игры умных парников
-
Развитие «умных» парников и теплиц началась задолго до появления современных технологий автоматизации. Первые попытки механизации теплиц можно отследить в XIX веке, когда появились простейшие системы автоматического полива и вентиляции.
Основные этапы развития:
-
Механический этап (XIX век):
-
Простые системы автоматического полива
-
Механические термостаты
-
Ручные системы вентиляции
-
Электрификация (начало XX века):
-
Внедрение электрического освещения
-
Первые электрические датчики
-
Механизация процессов полива
-
Появление автоматики (1950-1970-е годы):
-
Программируемые контроллеры
-
Первые системы климат-контроля
-
Автоматические системы полива
-
Цифровая эра (1980-2000-е годы):
-
Компьютерные системы управления
-
Датчики влажности
-
Системы точного контроля освещенности
-
I oT-технологии
-
Современный этап (2010-е - по настоящее время):
-
Полная автоматизация процессов
-
Искусственный интеллект
-
Роботизация
-
Замкнутые циклы выращивания
Среди современных разработок можно выделить одно из перспективных направлений
G
Рисунок 1. Grobo One
robo – это умный парник, представленный на рисунке 1, разработан для домашнего использования, который позволяет пользователям легко выращивать растения в закрытом помещении. Он ориентирован на тех, кто хочет заниматься садоводством, но не имеет ни большого опыта, ни времени для ухаживания. Grobo полностью автоматизированный, он позволяет с помощью приложения изменять климатические условия и наблюдать за его ростом в реальном времени.
Рассмотрим библиотеки и алгоритмические конструкции, используемые для создания программного кода на Arduino
-
-
Библиотеки, функции, конструкции алгоритмических структур на Arduino
-
Библиотеки – это наборы функций, которые позволяют не писать все с нуля, а использовать готовые решения, вот библиотеки которые используется для мое кода:
-
Wire – это стандартная библиотека для Arduino, которая позволяет работать с устройствами по протоколу I2C. Она нужна для подключения датчиков, дисплеев и других модулей, использующих этот интерфейс. С её помощью можно инициализировать шину, отправлять и получать данные. Например, без Wire не получится подключить OLED-экран или датчик температуры BMP280.
-
GyverButton – удобная библиотека для работы с кнопками. Она умеет обрабатывать разные типы нажатий: обычный клик, двойное нажатие, длинное удержание, а также включает встроенную защиту от дребезга контактов. Вместо того чтобы писать сложные условия в коде, можно просто вызвать button.tick() и проверять isClick() или isHolded().
-
RobotClass_LiquidCrystal_I2C – это вариация библиотеки для управления LCD-экранами через I2C. Она похожа на стандартную LiquidCrystal_I2C, но, возможно, заточена под конкретные проекты, например, робототехнические. С её помощью можно легко выводить текст на дисплей, управлять подсветкой и позицией курсора.
Переменные – их можно назвать “контейнерами”, которые могут держать в себе информацию.
Функции – это блоки кода, которые выполняют определенную задачу.
Условия – это конструкции которые позволяют выполнять разные действия в зависимости от заданного условия.
Циклы – это конструкции, которые позволяют выполнять один и тот же блок кода несколько раз.
-
Практическая часть
-
Создание схемы проекта на макетной плате
-
Для
-
1
7
6
5
4
3
2
1
1) Резистор 10 кОм
2) Кнопки
3)LCD дисплей 16x2
4) Фоторезистор
5)Датчик температуры [TMP36]
6)Резистор 220 Ом
7) Пьезо пищалка
8)Arduino Uno
Схема была сделана в облачной среде Tinkercad и предназначена для моделирования и тестирования электронных проектов перед их реальной сборкой.
-
-
Создание программного кода на Arduino для умного парника
-
Библиотеки, переменные и словари
-
-
Рассмотрим используемые библиотеки:
|
Программном коде использовались библиотеки Wire, GyverButton RobotClass_LiquidCrystal_I2C. |
-
-
-
Настройка переменных и пинов
-
-
|
buzzer – пьезопищалка для звуковых сигналов. left и right – кнопки с подтяжкой к питанию (HIGH_PULL). menu – отслеживает выбранный пункт (0, 1). lcd – экран с адресом 0x27, кодировкой UTF-8. |
|
effectPrint() – анимированный вывод текста
updateCursor() – обновление указателя меню
-
-
-
Основные функции
-
-
Программный код симулятора «умного» парника содержит следующие функции:
menu_1() – главное меню
Выводит два основных пункта
|
menu_2() – обработка выбора
|
|
showIllumination() – замер освещённости Датчик на A0 (фоторезистор/LDR) → выводит значение в %. |
|
showTemp() – замер температуры Датчик на A1 (термистор) → выводит температуру в °C. |
|
Блок setup() и loop()
|
Перспективы развития
Созданный прототип «умного» парника на Arduino позволяет пользователям контролировать параметры климатических условий для культурных растений на расстоянии. В дальнейшем планируется рассмотреть возможность расширения функциональности системы, включая добавление модулей.
Заключение
В ходе изучения и анализа научной и учебной литературы по теме проектной работы были выявлены особенности удаленного управления парником, что стало особенно актуальным в условиях современного мира, где многие люди ведут активный образ жизни и часто отсутствуют дома. Принято решение создать прототип на Arduino, который симулирует работу «умного» парника, позволяющий пользователям контролировать параметры климатических условий для культурных растений на расстоянии.
В процессе разработки использовались различные модули и библиотеки Arduino, что обеспечило функциональность программы. Код включает в себя функции для мониторинга и управления такими параметрами, как температура и освещенность, что позволяет пользователям эффективно заботиться о своих растениях, не находясь физически рядом с парником.
На этом этапе цель проектной работы достигнута
Список литературы
Электронные ресурсы:
-
Minifermer [Электронный ресурс] Grobo One — гроу-бокс для выращивания домашних растений – Режим доступа: https://minifermer.ru/page_357.html - Дата выхода 23.06.19
-
Образовательная платформа Exterium [Электронный ресурс]/ Развитие схемотехники. История и перспективы развития схемотехники – Режим доступа: https://exterium.ru/ - Дата выхода 24.03.25
-
Arduino.ru [Электронный ресурс] Ардуино - Режим доступа: https://arduino.ru - Дата выхода 20.06.19