Гряськин Роман

Об участнике

Меня зовут Гряськин Роман, мне 16 лет, учусь в 11 классе. Мои хобби - фотография, программирование и робототехника.

Введение

Всем известно, что свежие овощи и фрукты содержат большое количество полезных микроэлементов и витаминов. Практически каждая семья ежедневно покупает полезную пищу для завтрака, обеда или ужина. Но не всегда можно быть полностью уверенным в качестве продуктов питания, которые продаются в магазинах. Поэтому всё большее количество людей отдают предпочтение овощам, выращенным на дачных участках или в домашних условиях. При этом довольно сложно обойтись без теплиц, которые позволяют обеспечить комфортные условия для развития растений. У меня возникла идея создать модель «умной» теплицы с применением современных технологий.

Цели и задачи

Цель: ознакомиться с возможностями системы "Умная теплица" и реализовать применение элементов системы с помощью микроконтроллера Arduino.

Задачи:

1. Создать макет теплицы, выбрать компоненты, собрать разработанную модель;

2. Написать алгоритм программы с помощью программного обеспечения;

3. Испытать работу теплицы;

Создание макета

Для определения масштаба будущего макета и расположения электронных компонентов, я создал виртуальную 3D-модель в программе Tinkercad.

После создания модели я приступил к созданию макета из подручных материалов: картон, пластик, дерево.

Макет умной теплицы

Дисплей для вывода информации

"Сердце умной теплицы" - микроконтроллер Arduino NANO

Датчик влажности и температуры воздуха

Микроконтроллер

Для разработки умной теплицы был выбран микроконтроллер Arduino NANO. В отличии от модели UNO, эта модель имеет меньший размер, меньшую стоимость, потребляет меньше энергии. Микроконтроллер подсоединён к блоку питания 5В 2А, что обеспечивает нормальную работу как самой платы, так и периферии (датчик, сервомотор, дисплей).

Дисплей, управление

Управление осуществляется с помощью двух тактовых кнопок, информация о состоянии окружающего воздуха выводится на сегментный дисплей. Регулировка температуры внутри теплицы происходит путём открытия сервоприводом створки окна при достижении заданной температуры.

Датчики

В проекте использован датчик температуры и влажности воздуха DHT11.

Показ температуры воздуха

Показ влажности воздуха

Изменение нижнего порога. Определяет, при какой температуре окно закроется

Изменение верхнего порога. Определяет, при какой температуре окно откроется

Программное обеспечение

Arduino IDE

Программа написана в среде Arduino IDE, язык C++. При разработке были использованы легковесные и быстрые библиотеки для работы с периферией.

При разработке прошивки было применён подход ООП (Объектно-Ориентированное Программирование), что позволило упростить написание кода, увеличить быстродействие программы.

В программе реализована поддержка "многозадачности" - в коде отсутствуют блокирующие функции "delay()", - код выполняется асинхронно, за счёт применения таймеров на "millis()"

Управление через компьютер

Я решил сделать управление макетом через компьютер. Для этого была разработана программа в среде Processing, язык C#.

Программа представляет из себя небольшую панель управления, с помощью кнопок можно управлять окном в теплице, настраивать пределы температур. Здесь же можно следить за показаниями датчика.

Соединение происходит по USB-кабелю. Устройства "общаются" по специально разработанному протоколу обмена. Обмен информацией происходит на высокой скорости: 115 200 бод, что позволяет осуществлять молниеносную передачу информации и, следовательно, быстрый отклик на действия пользователя.

Демонстрация работы

VID_20230116_234554033.mp4

VID_20230116_234819409.mp4

VID_20230116_235127466.mp4

Результат работы

Я доволен результатом работы. Стоит отметить, что это не первая версия макета теплицы моей разработки, я делал итоговый проект на эту тему. Это модель теплицы - усовершенствованная версия предыдущей. В этом проекте я применил множество технологических и программных решений, которые помогли мне преодолеть трудности, возникшие при разработке. Я углубленно изучил язык программирования С++, научился парсингу и анализу данных, создал свой протокол обмена данными, написал несколько библиотек, которые упростят мне разработку в будущем. Я многое узнал и многому научился, работая над этим проектом.

Отдельно хочу поблагодарить своего наставника, Турову Ирину Владиславовну, учителя информатики в МБОУ Преображенской СОШ №11. Ирина Владиславовна предоставила мне несколько компонентов, направляла в нужную сторону, помогала советом. Именно благодаря ей я и узнал об этом конкурсе.

Page updated

Google Sites

Report abuse