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

И, Цзяньфэн Отделение автоматизации и робототехники (ОАР)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

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

Комнатные растения расставляют почти в каждом комнате, чтобы создать
комфортное пространство жизни и работы для человека. Но люди, которые
обычно заняты работой, не имеют достаточно времени и энергии, для
своевременного и точно дозированного полива. При поливе растений без учета
таких факторов как материал горшка, состав грунта, вид растения, текущая
влажность грунта и т.д. возникает опасность излишнего полива или
недостаточного полива комнатных растений. Это в свою очередь, может стать
началом болезни растений (таких как гниение корней, пожелтение листьев и т.п.)
и даже гибели растений. Таким образом, нужно иметь определенный навык для
учета перечисленных факторов при выборе оптимального времени полива, а
также объема воды для полива определенного комнатного растения. Также
своевременный полив затруднителен во время длительного отсутствия человека
в доме, например, при командировках и путешествиях.
Для того, чтобы снизить зависимость от знаний и умений человека и
обеспечить растению своевременный эффективный полив необходимо
разработать подход к поливу комнатных растений, учитывающий ключевые
факторы, влияющие на выбор времени полива, а также фактор отсутствия
человека дома продолжительное время.
Данная работа посвящена разработке подхода к поиску эффективных
параметров полива и системы автоматического регулирования полива
комнатных растений, позволяющей обеспечивать полив растений в соответствии
с заданными параметрами, и обеспечивать экономичное решение полива
растений в случае длительного отсутствия человека, а также обучаться
«оптимальному» поливу.
В ходе выполнения данной работы выполнено проектирование и
разработка экспериментального образца, включающего аппаратную и
программную части системы полива с использованием микроконтроллерной
платы Arduino UNO, среды разработки Arduino IDE. Кроме этого, разработано
мобильное приложение для управления системы полива с пользованием среды
разработки Xamarin for MS Visual Studio.
1 Анализ существующих подход к поливу комнатных растений
1.1 Система «умный дом» и обзор устройств и их ключевых
элементов, автоматизирующих выполнение домашней работы
Умный дом – это система домашних устройств, способных выполнять
работу по дому и решать определённые повседневные задачи без участия
человека. Системы, выполняющие домашнюю работу автоматически,
рассматриваются как частный случай концепции интернет-вещей, и включает
доступные к управлению через интернет домашние устройства, в то время как
интернет вещей включает любые связанные через интернет устройства в
принципе [1].
Наиболее распространенные примеры автоматических действий в
«умном доме» – автоматическое включение и выключение света, автоматическая
коррекция работы отопительной системы или кондиционера и автоматическое
уведомление о вторжении посторонних лиц в дом, возгорании или протечке воды.
При этом, устройства, автоматически выполняющие работу по дому, должны
представлять собой гибкие системы, которые пользователь конструирует и
настраивает самостоятельно в зависимости от собственных потребностей.
В настоящее время на рынке представлено разнообразное оборудование
для системы умный дом, типовыми элементами которого представлены ниже [2]:
− контроллер умного дома (главный и дискретные модуляторы ввода-
вывода);
− модули расширения и связи (коммутаторы, роутеры, GPS/GPRS
модули);
− элементы коммутации электрической цепи (реле, диммеры, блоки
питания);
− измерительные приборы, датчики и сенсоры (движения,
температуры, света и др.);
− элементы управления системой (пульты, сенсорные панели, КПК,
планшеты);
− исполнительные механизмы (клапаны воды, вентиляции, газа,
ролеты и т. д.).
Центральной частью умного дома являются микроконтроллеры. Список
наиболее популярных моделей представлен ниже [3]:
− МП Arduino UNO;
− МП Iskra Neo;
− МП Strela;
− STM32 Nucleo F401RE;
− Teensy 3.2;
− Netduino 2.
Исходя из исследования контроллеров, можно отметить, что МП Arduino
UNO в настоящее время является самым популярным контроллером на рынке.
Преимущества МП Arduino UNO представлены ниже [4]:
− открытый код программы. Кодирование программы может
расширяться на платформе С++.
− простая и удобная среда программирования. Оболочка программы
является легкой в применении для начинающих программистов, однако имеет
достаточную гибкость для работы профессионалов. Она наиболее удобна для
среды обучения студентов, которым легко будет разобраться в работе этой
платформы.
− приемлемая цена.
− подробная документация, уроков и готовых библиотек, огромное
сообщество.
Таким образом, контроллер Arduino UNO является лучшим выбором.
Дополнительная информация о контроллере Arduino UNO представлена в
разделе 3.1.
Можно отметить, что сегодня потребители ожидают от систем,
составляющих умный дом, возможностей управления ими через смартфон или
планшет. Таким образом, расширенный функционал для настройки и управления
устройствами выведен в программное приложение, которое устанавливается в
большинстве случаев на смартфон. Под смартфоном понимается мобильный
телефон, дополненный функциональностью карманного персонального
компьютера. В то же время минимальный функционал содержит само умное
устройство (одна из систем «умный дом»), часто это только функции включения
и отключения устройства.
Для управления устройствами через смартфон в помещении обычно
используется локальный Wi-Fi роутер, установленный в помещении и модули
Wi-Fi и Bluetooth, встроенные в смартфон. Для того, чтобы управлять
устройствами на удалении используются следующие варианты: Bluetooth-шлюз
и ZigBee-шлюз [5]. Принцип работы Bluetooth-шлюза аналогичен ZigBee-шлюз,
устройство с модулем Bluetooth подключается к одному из устройств, которое
имеет одновременно 2 беспроводных интерфейса, по блютусу держит связь с
устройством, а по Wi-Fi обменивается данными с облаком. Пример схемы
дистанционного управления устройствами через смартфон приведена на рисунке
1 [6].

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.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Олег Н. Томский политехнический университет 2000, Инженерно-эконо...
    4.7 (96 отзывов)
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Явл... Читать все
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Являюсь действующим преподавателем одного из ВУЗов.
    #Кандидатские #Магистерские
    177 Выполненных работ
    Татьяна С. кандидат наук
    4.9 (298 отзывов)
    Большой опыт работы. Кандидаты химических, биологических, технических, экономических, юридических, философских наук. Участие в НИОКР, Только актуальная литература (пос... Читать все
    Большой опыт работы. Кандидаты химических, биологических, технических, экономических, юридических, философских наук. Участие в НИОКР, Только актуальная литература (поставки напрямую с издательств), доступ к библиотеке диссертаций РГБ
    #Кандидатские #Магистерские
    551 Выполненная работа
    Татьяна П. МГУ им. Ломоносова 1930, выпускник
    5 (9 отзывов)
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по и... Читать все
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по истории. Увлекаюсь литературой и темой космоса.
    #Кандидатские #Магистерские
    11 Выполненных работ
    Екатерина Б. кандидат наук, доцент
    5 (174 отзыва)
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподав... Читать все
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподавала учебные дисциплины: Бюджетная система Украины, Статистика.
    #Кандидатские #Магистерские
    300 Выполненных работ
    Екатерина П. студент
    5 (18 отзывов)
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно... Читать все
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно занимаюсь английским языком, уровень владения - Upper-Intermediate.
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Татьяна П.
    4.2 (6 отзывов)
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки ... Читать все
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки в одном из крупнейших университетов Германии.
    #Кандидатские #Магистерские
    9 Выполненных работ
    Елена С. Таганрогский институт управления и экономики Таганрогский...
    4.4 (93 отзыва)
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на напис... Читать все
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на написании курсовых и дипломных работ, а также диссертационных исследований.
    #Кандидатские #Магистерские
    158 Выполненных работ
    Мария Б. преподаватель, кандидат наук
    5 (22 отзыва)
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальнос... Читать все
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальности "Экономика и управление народным хозяйством". Автор научных статей.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ
    Кирилл Ч. ИНЖЭКОН 2010, экономика и управление на предприятии транс...
    4.9 (343 отзыва)
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). С... Читать все
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). Сейчас пишу диссертацию на соискание степени кандидата экономических наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    692 Выполненных работы

    Другие учебные работы по предмету

    Удаленное управление распределенными объектами с применением WEB-Технологий
    📅 2019 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Разработка информационной системы поддержки принятия управленческих решений
    📅 2021 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Исследование влияния настроек регулятора Смита на качество регулирования
    📅 2018 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Реализация цифрового фильтра на основе сглаживающего штрафного P-сплайна
    📅 2019 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Псевдолинейный регулятор для управления объектом второго порядка
    📅 2020 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Корневой анализ систем на основе вершинных характеристических полиномов
    📅 2019 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)