Монитор условий развития растений с передачей данных по мобильной связи

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

Личный портфель

Монитор условий развития растений с передачей данных по мобильной связи

Иванов Д.М. 1
1МБОУ СОШ с.Кузьминские Отвержки им. Героя советского союза М.П. Лапшова
Самохин Ю.П. 1
1ЦТТ "Новолипецкий"
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Контролировать влажность почвы и другие параметры на опытных полях, приходится гораздо чаще, чем на обычных. Использование для этих измерений анализаторов, влагомеров, гигрометров не эффективно, на замеры этих параметров уходит много времени, да и цена у таких установок не малая.

Предлагаемая мной разработка, выполняет эти задачи без присутствия человека и полученные данные круглосуточно отправляет на сотовый телефон агронома. Таких измерительных штанг можно устанавливать по несколько штук на опытный участок поля. Вся информация, полученная от этих устройств, выводится в компьютер агронома, анализируется результат и принимаются определенные мероприятия.

Проблема: отсутствие в широком доступе устройство подобного типа.

Гипотеза: попытка расширить возможности сельскохозяйственных учёных-селекционеров по контролю за вегетацией растений на опытных участках.

Цель моей работы: создать устройство, обеспечивающее непрерывный контроль влажности и температуры почвы на трех уровнях с малыми погрешностями измерения с передачей этих данных по мобильной связи.

Задачи:

  • Научиться работать с весовыми анализаторами влажности типа АВТУ-1.[3]

  • Разработать датчик влажности почвы на основе измерителя температуры и влажности типа SHT 10

  • Ознакомиться с существующими подобными методами измерения влажности почвы.

  • Освоить программу «Компас» для проектирования и изготовления корпуса моего устройства на 3D принтере.[2]

  • Определить возможность работы моего устройства длительное время без присутствия человека.

  • Выбрать, из существующих источников, электропитания изделия, основной и вспомогательной, используемый для подзарядки основного.

  • Подобрать микроконтроллер, данные которого обеспечивали бы весь предполагаемый алгоритм работы моего устройства.

  • Изучить основы языка программирования ArduinoWiring с использованием графического редактора Feprog.

  • Написать программу для микроконтроллера.

  • Собрать демонстрационный макет моего устройства.

  • Испытать устройство в реальных условиях.

  • Выполнить оценку, полученных результатов.

План исследования:

  • Изучение принципа работы различных датчиков измерения влажности почвы.

  • Разработка и изготовление нового датчика влажности почвы, применив для этого цифровой датчик температуры и влажности воздуха SHT 10.

  • Разработка наконечника штанги для вакуумного отбора воздуха из исследуемого слоя почвы.

  • Разработка схемы функциональной обвязки всех узлов устройства.

  • Изготовление корпуса изделия на 3D принтере.

  • Монтаж всех узлов в корпусе.

  • Написание программы обеспечения [1] снятия информации с датчиков обработки полученных данных, вывода их на дисплей, и отсылка по мобильной связи.

  • Испытание устройства в реальных условиях – доводка и устранение неполадок.

Информация о месте выполнения работы

Работа выполнялась в лаборатории радиотехнического конструирования муниципального автономного учреждения дополнительного образования Центре технического творчества «Новолипецкий» города Липецка, под руководством Самохина Юрия Петровича, педагога дополнительного образования муниципального автономного учреждения дополнительного образования Центра технического творчества «Новолипецкий» города Липецка.

Основное содержание

Измерение влажности почвы является непростым ввиду значительной погрешности обычных способов. В предлагаемой конструкции сложность заключалась в использование датчика измерения влажности воздуха для измерения влажности почвы. Для изготовления такого датчика был разработан специальный наконечник (см. рис.1)

Рисунок 1

Датчик измерения влажности почвы состоит из:

  • трубки из нержавеющей стали;

  • наконечника конусного;

  • пробки из пластика на верху штанги со штуцером для вакуумного насоса;

  • датчика SHT 10;

  • мелкой сеточки из нержавейки;

  • почвы на рисунке для наглядности.

Почва нашей зоны состоит из отдельных частиц-комочков, пространство между которыми заполнено воздухом. Этот воздух имеет % влажности, пропорциональный % влажности почвы. Конусный наконечник, при прохождении по почве, образует небольшое воздушное пространство между почвой и штангой. Погружная часть штанги защищена мелкой нержавеющей сеточкой. Вакуумный микронасос от бытового вакууматора, установленный на верху штанги, высасывает воздух из почвы, и этот влажный воздух проходит через датчик температуры и влажности.

Для градуировки моего устройства проделал длительное сравнение нескольких проб почв различной влажности. Сравнение показаний своего датчика производил с показаниями воздушно-тепловой установкой АВТУ-1.[3]

По итогам составил градуированную таблицу и внес небольшую корректировку в программу по нелинейности измерения моего устройства.

Далее рассмотрим работу устройства в комплексе по принципиальной схеме (см. Приложение 1). Сердцем устройства является микроконтроллер ATMEGA 328. Данные с датчиков температуры и влажности SHT 10, а их 3, с модуля часов реального времени DS323, датчика освещенности DH 1750 и четырех строчного ЖК - дисплея поступают на расширитель портов «U2» (см. Приложение 1).

Расширитель портов по двухпроводной линий «I2C» общается с микроконтроллером через порты А4, А5. Через порты RX, TX микроконтроллер обменивается данными с GPS модулем, который, в свою очередь, передает данные всех снимаемых, параметров в компьютер агроному. Для управления прибором на лицевой панели имеются специальные кнопки и ЖК - дисплей.

Основные результаты

  • Прибор прошёл испытание в условиях лаборатории и будет установлен на опытном участке сельхозинститута.

  • Монитор состоит из корпуса, в котором размещены все узлы и штанги с датчиками температуры и влажности.

  • Монитор измеряет температуру и влажность в корневом и прикорневом слое, и во внешней среде.

  • Измерение температуры, влажности и освещённости производится 1 раз в сутки, температура внешней среды измеряется 4 раза в сутки и высчитывается среднесуточная температура.

Навыки, приобретённые при работе

  • В прошлом году при проектировании измерителя влажности я научился составлять блок схему и принципиальную схему из блоков Arduino., а также рисовать печатные монтажные платы в программе Splan7.0.

  • Этот год я посвятил изучению 3D-проектирования, и сначала с помощью руководителя, а потом самостоятельно нарисовал в программе «Компас» 3D- модель корпуса [2]. Программа была составлена из библиотеки Arduino. Некоторые программы мне помог написать руководитель, так как я только начинаю изучать программирование.

Предпринимательская эффективность

  • Подобный прибор с небольшой доработкой может использоваться везде, где требуется дистанционный контроль температуры и влажности. Например, в термокамерах, хранилищах с регулируемой температурой и влажностью, в климатических камерах. При выходе показаний за пределы заданных параметров аварийный сигнал передается на телефон мобильной связи.

  • Монитор имеет невысокую себестоимость и вполне может быть предметом коммерческого использования.

Список литературы

  1. Написание программы обеспечения –“Программирование микроконтроллеров ATMEGA” – С. А. Пирогов, М. В. Федоров

  2. Нарисовал в программе «Компас» 3D- модель корпуса – “Работа в системе Компас-3D: Практическое руководство” – Авторы: В.А. Павлова, А.В. Попова.

  3. Методы измерения влажности почвы. - URL: http://vegetableshome. ru/измерение-влажности-почвы/ http://www. polymermash. ru/content/view/160/63/lang, ru/ http://tirit. org/articles/surface_theory_plate_and_fiber. phphttp://asprus. ru/blog/metody-izmereniya-vlazhnosti-pochvy/

  4. Почвенная влага и её роль в жизни растений" – авторы А. С. Исаев, В. Н. Кирюшин.

  5. Азбука Compas / [Электронный ресурс]- Режим доступа: https://kompas.ru

  6. КОМПАС-3D v18 Home. Мини-курс проектирования под 3D-печать. От основ моделирования к 3D-проектированию сверху вниз / [Электронный ресурс]- Режим доступа: https://habr.com

7 . А. М. Кинько, Юдичев А. А. Программирование микроконтроллеров AVR с использованием CodeVisionAVR".

Приложение

Принципиальная схема прибора.

Фото прибора

Просмотров работы: 3