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

Кирилл Владимирович Земсков; Вера Анатольевна Сидорина; Елена Галавтеевна Булатова

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

Авторы

К. В. Земсков ИжГТУ имени М.Т. Калашникова
В. А. Сидорина ИжГТУ имени М.Т. Калашникова
Е. Г. Булатова ИжГТУ имени М.Т. Калашникова

DOI:

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

Ключевые слова:

пользовательский интерфейс, микроконтроллер, среда EasyEDA, комплекс культивирования растений, интернет Вещей, интеллектуальная система

Аннотация

В статье представлено решение проблемы автоматизации процесса культивирования растений с использованием концепции интернета вещей. Использование интеллектуальной системы для управления установкой гидропоники позволяет повышать энергоэффективность выращивания растений путем внедрения интеллектуальных технологий. Примененение концепции интернета вещей позволяет более качественно подходить к поиску и применению методов рационального современного производства. Эта концепция позволяет по Wi-Fi передавать собранные данные с микроконтроллера на компьютер через сервер, что весьма эффективно в условиях большого количества датчиков. В этом случае и время, и материальные затраты на долю продукции значительно сокращаются. В работе были определены требования для регистрирующего и управляющего устройства в интеллектуальной системе, которое подключается к сети Интернет для дальнейшей обработки данных, конфигурации и исполнения механизма работы, этапов функционирования системы выращивания. Рассмотрена часть системы управления комплексом культивирования растений с применением доступных на рынке микроконтроллерных устройств, таких как ESP. Была разработана конструктивная функциональная структура устройства. Кроме этого, определено, что интеллектуальная система содержит следующие модули: thing (сам физический контроллер - устройство, периферия), network (сеть устройств и каналов связи, обеспечивающих передачу информации согласно сетевым протоколам), облако (включает в себя сервер, обрабатывающий запросы клиента, хранилище и пользовательский интерфейс). Дано описание первого модуля, включающего основную плату контроллера с микроконтроллером esp12e. Второй модуль содержит печатные платы блока питания и контроллера, которые разработаны и разведены с помощью платформы EasyEDA. Для третьего модуля были получены трехмерные модели блока питания и основной платы в среде EasyEDA.

Биографии авторов

К. В. Земсков, ИжГТУ имени М.Т. Калашникова

студент

В. А. Сидорина, ИжГТУ имени М.Т. Калашникова

кандидат педагогических наук, доцент

Е. Г. Булатова, ИжГТУ имени М.Т. Калашникова

кандидат физико-математических наук, доцент

Библиографические ссылки

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.