Подход к поиску эффективных параметров полива и система автоматического регулирования полива комнатных растений

Объектом исследования являются процессы автоматизированного полива
комнатными растениями и методы идентификации эффективных параметров полива растений.
Целью работы является разработка подхода к поиску эффективных параметров полива и системы АРПКР.
В ходе исследования были проанализированы ключевые факторы влияющие на определение частоты и необходимость полива комнатного растения. Кроме того, была изучена разработка мобильного приложения.
В результате исследования выполнена разработка системы АРПКР, обладающего двумя частями: аппаратной части и мобильным приложением. Система АРПКР обеспечивает полив для поддержания влажности почвы в определенном диапазоне, а также система может получить данный диапазон после обучения. И система обеспечивает экономичное решение в случае отсутствия человека.

Введение ……………………………………………………………………………………………………… 14

1 Анализ существующих подход к поливу комнатных растений …………………… 16

1.1 Система «умный дом» и обзор устройств и их ключевых
элементов, автоматизирующих выполнение домашней работы …………………. 16

1.2 Обзор научных работ и систем полива комнатных растений ….. 20

1.3 Анализ факторов, влияющих на полив растения и обзор
существующих методик полива растений …………………………………………………. 24

1.4 Цель и задачи работы ……………………………………………………………. 28

2 Подход к поиску эффективных параметров полива комнатных растений …… 30

2.1 Описание параметров, которые необходимо учитывать при
поливе комнатных растений и ограничений, которое накладывает устройства
для измерения этих параметров ………………………………………………………………… 30

2.2 Описание подхода к поиску эффективных параметров полива
комнатного растения с учетом различных ситуаций …………………………………. 32

3 Проектирование и разработка системы автоматического регулирования полива
комнатных растений ……………………………………………………………………………………. 37

3.1 Проектирование и разработка аппаратной части системы АРПКР
3.2 Проектирование и разработка программной части системы …… 48

3.2.1 Программная часть системы АРПКР………………………………… 48

3.2.2 Разработка мобильного приложения ………………………………… 60

3.3 Тестирование системы автоматического регулирования полива
комнатных растений ………………………………………………………………………………… 68

4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ……. 73

4.1 Предпроектный анализ ………………………………………………………….. 73

4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования …… 73
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения………………………………………… 75

4.1.3 SWOT-анализ ………………………………………………………………….. 76

4.2 Календарный план работ и оценка времени их выполнения …… 77

4.3 Бюджет научно-технического исследования ………………………….. 81

4.3.1 Расчет материальных затрат на выполнение проекта ………… 81

4.3.2 Амортизация компьютерной техники ………………………………. 82

4.3.3 Затраты на заработную плату …………………………………………… 82

4.3.4 Затраты на социальные нужды …………………………………………. 83

4.3.5 Прочие затраты ……………………………………………………………….. 83

4.3.6 Накладные расходы …………………………………………………………. 83

4.3.7 Смета затрат на материалы для реализации проекта …………. 84

4.4 Вывод …………………………………………………………………………………… 84

5 Социальная ответственность …………………………………………………………………….. 86

5.1 Анализ вредных факторов рабочего помещения …………………….. 87

5.1.1 Отклонения показателей микроклимата рабочей зоны ……… 87

5.1.2 Электромагнитные излучения ………………………………………….. 88

5.1.3 Недостаточная освещенность рабочей зоны……………………… 90

5.1.4 Шум на рабочем месте …………………………………………………….. 92

5.2 Анализ опасных факторов производственной среды ………………. 93

5.2.1 Электробезопасность ……………………………………………………….. 93

5.3 Экологическая безопасность …………………………………………………. 94

5.4 Защита в чрезвычайных ситуациях ………………………………………… 95

5.5 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности
Заключение ……………………………………………………………………………………………….. 100

Conclusion ………………………………………………………………………………………………….. 102

Список использованных источников ………………………………………………………….. 103

Приложение А …………………………………………………………………………………………… 107

Приложение Б ……………………………………………………………………………………………. 118

В ходе выполнения магистерской диссертации были проанализированы
ключевые факторы влияющие на определение частоты и необходимость полива
комнатного растения, проведен обзор существующих наработок в области
автоматизации поливом комнатных растений. Опираясь на проведенный анализ,
был предложен подход к поиску эффективных параметров полива, основанный
на выявлении такого наиболее благоприятного для растения диапазона
параметров влажности почвы. При этом, разработанный подход учитывает три
наиболее важных параметра: годовой цикл растения, категория устойчивости
растения к отсутствию воды, и признак необходимости экономить воду для
полива из-за длительного отсутствия человека в дом.
Основным результатом данной исследованной работы является
экспериментальный образец системы автоматического регулирования полива
комнатных растений. Система делится на две части: аппаратную и программную,
созданную на основе микроконтроллерной платы Arduino UNO. Основным
преимуществом данной системы по сравнению с существующими является
возможность обеспечения полива для поддержания влажности почвы в
определенном диапазоне, в котором растения живёт комфортно, а также система
может получить данный диапазон после автоматического обучения. Кроме этого,
система также обеспечивает экономичное решение в случае длительного
отсутствия человека.
Пользователь взаимодействует с системой при помощи мобильного
приложения, разработанного на языке C# в среде разработки Xamarin for Visual
Studio. С помощью разработанного мобильного приложения можно выполнять
мониторинг текущих показателей растения, устанавливать диапазон значения
влажности и свойства растения (годовой цикл и влаголюбивость) для полива,
устанавливать период и количество дней для обучения, а также для работы
системы в экономичном режиме устанавливать диапазон значения влажности и
время, в течения отсутствия человека. Кроме этого, мобильное приложение
позволяет получать результаты обучения и сохранять подобранные параметры
различных растений для последующего использования.
Conclusion
In the course of the master’s thesis, key factors influencing the frequency and
the need for watering a houseplant were analyzed, and a review of existing
developments in the field of automation of room watering was carried out. Based on
the performed analysis, an approach was proposed to search the effective irrigation
parameters, that allows identifying such a range of soil moisture parameters that are
most favorable for a plant. At the same time, the developed approach takes into account
three most important parameters: the annual cycle of the plant, the category of plant
resistance to lack of water, and a sign of the need to save water for irrigation due to the
long absence of a person in the house.
The main result of this study is an experimental model of the automatic control
system for the irrigation of houseplants. The system is divided into two parts: hardware
and software, based on the Arduino UNO microcontroller board. The main advantage
of this system compared to the existing ones is the ability to provide irrigation to
maintain soil moisture in a certain range, in which plants live comfortably, and the
system can receive this range after automated training. In addition, the system also
provides an economical solution in the case of a prolonged absence of a person.
The user interacts with the system using a mobile application developed in the
C # language in the Xamarin for Visual Studio development environment. Using the
developed mobile application, the plant’s current indicators can be monitored, the range
of humidity values, plant properties (annual cycle and moisture content) for watering
and the period and number of days for training can be set, as well as the range of
humidity values and time for the system to operate in economy mode in the course of
a person’s absence. In addition, the mobile application allows learning results and save
selected parameters of various plants for later use to be received.