Разработка интеллектуальной системы для комплекса культивирования растений с использованием концепции интернета вещей

K V Zemskov; V A Sidorina; E G Bulatova

doi:10.22213/2410-9304-2023-4-68-74

Authors

K. V. Zemskov Kalashnikov Izhevsk State Technical University
V. A. Sidorina Kalashnikov Izhevsk State Technical University
E. G. Bulatova Kalashnikov Izhevsk State Technical University

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2023-4-68-74

Keywords:

user interface, microcontroller, EasyEDA web service environment, plant cultivation complex, internet of things, intelligent system

Abstract

The article presents a problem solution of plant cultivation automation using the Internet of Things concept. Using an intelligent system to control a hydroponics installation allows you to increase the energy efficiency of growing plants by introduction of intelligent technologies. The application of the Internet of Things concept allows a more qualitative approach to the search and application of methods of rational modern production. This concept allows the collected data to be Wi-Fi transferred from the microcontroller to a computer via a server, which is very effective in environments with large number of sensors. In this case, both time and material costs per share of production are significantly reduced. The work identified the requirements for a recording and control device in an intelligent system that connects to the Internet for further data processing, configuration and execution of the operating mechanism, and stages of operation of the growing system. Part of the control system for a plant cultivation complex using microcontroller devices available on the market, such as ESP, is considered. A constructive functional design of the device was developed. In addition, it was determined that the intelligent system contains the following modules: thing (the physical controller itself - device, peripherals), network (a network of devices and communication channels that ensure the transfer of information according to network protocols), cloud (includes a server that processes client, storage and web service requests). A description of the first module is given, which includes the main controller board with an esp12e microcontroller. The second module contains printed circuit boards for the power supply and controller, which were designed and laid out using the EasyEDA web service. For the third module, three-dimensional models of the power supply and main board were obtained in the EasyEDA web service environment.

Author Biographies

K. V. Zemskov, Kalashnikov Izhevsk State Technical University

Student

V. A. Sidorina, Kalashnikov Izhevsk State Technical University

PhD of Education, Associate Professor

E. G. Bulatova, Kalashnikov Izhevsk State Technical University

PhD of Physics and Mathematics, Associate Professor

References

Even simpler EasyEDA. URL: https://easyeda.com/ru (дата обращения: 15.09.2023).

Аналитический обзор современных микроконтроллеров в системах управления / К. Д. Черепанов, Л. А. Шишкин, Н. А. Ковылина, В. Н. Астапов // Международный студенческий научный вестник. 2022. № 6. С. 73.

Василенко К. А. Особенности современных микроконтроллеров // Аллея науки. 2018. Т. 2, № 7 (23). С. 343-346.

Проектирование системы "Умный дом" для загородного дома с управлением и контролем за устройствами / А. С. Пустовойтов, Д. О. Павлов, М. А. Чернов [и др.] // Евразийское научное объединение. 2020. № 9-2 (67). С. 139-141. DOI 10.5281/zenodo.4072094.

Погонышев В. А., Погонышева Д. А., Ториков В. Е. Нейронные сети в цифровом сельском хозяйстве // Вестник Брянской государственной сельскохозяйственной академии. 2021. № 5 (87). С. 68-71. DOI 10.52691/2500-2651-2021-87-5-68-71.

Бородулин, Д. М., Шафрай А. В., Максименко А. А. Применение нейронной сети для управления системой домашней гидропоники // Техника и технология пищевых производств. 2023. Т. 53, № 2. С. 384-395. DOI 10.21603/2074-9414-2023-2-2440.

Shadrin D., Menshchikov A., Somov A., Bornemann G., Hauslage J., Fedorov M. Enabling Precision Agriculture Through Embedded Sensing With Artificial Intelligence. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2019. No. 99. P. 1-12. DOI: 10.1109/TIM.2019. 2947125.

Kularbphettong K., Ampant U., Kongrodj N. An Automated Hydroponics System Based on Mobile Application.International Journal of Information and Education Technology. 2019. Vol. 9. P. 548-552. DOI: 10.18178/ijiet.2019.9.8.1264.

Максименко А. А., Шафрай А. В. Разработка умной системы гидропоники для дома на базе нейросети // Пищевые инновации и биотехнологии: сборник тезисов Х Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Кемерово, 17 мая 2022 года / под общ. ред. А. Ю. Просекова. Т. 2. Кемерово: Кемеровский государственный университет, 2022. С. 32-34.

Шафрай А. В., Максименко А. А., Жидкова Е. А. Разработка умной системы гидропоники на основе нейронной сети // Национальная ассоциация ученых. 2022. № 84-1. С. 6-12. DOI 10.31618/NAS.2413-5291.2022.1.84.642.

Дмитриев В. М., Ганджа Т. В., Куринька В. С. Структурно-функциональная схема компьютерной модели "умной теплицы на гидропонике" // Информатика и системы управления. 2018. № 1(55). С. 51-63. DOI 10.22250/isu.2018.55.51-63.

Программно-аппаратный комплекс для выращивания растений в домашних условиях методом гидропоники / Т. А. Верещагин, А. А. Ходаковский, А. Е. Скрыпник, И. Б. Широков // Энергетические установки и технологии. 2022. Т. 8, № 3. -С. 68-72.

Рогачева Н. В. Интернет вещей: обзор основных проблем и задач // Languages in professional communication, 29 апреля 2021 года. Екатеринбург: Ажур, 2021. P. 558-563.

Alaa M., Zaidan A., Zaidan B., Talal M. and Kiah M. (2017). A review of smart home applications based on Internet of Things. Journal of Network and Computer Applications, vol. 97, pp. 48-65.

Patel K.K. and Patel S.M. (2016) Internet of Things-IOT: Definition, Characteristics, Architecture, Enabling Technologies, Application & Future Challenges.International Journal of Engineering Science and Computing, 6, 6122-6131.

Блинков Е. М. Общие вопросы концепции интернета вещей. Системы интернета вещей прямого доступа на микроконтроллерах // Стратегии развития современной науки: сборник научных статей / науч. ред. И. В. Таньчева. Т. I. М.: Перо, 2019. С. 96-101.