CC BY
28DOI: 10.24412/2181 -144X-2023-2-10-19
Babadjanov E.S., Dauletnazarov I.J.
CHORVA FERMALARIDA SUT SOG'ISH ZALI UCHUN MEXANIK SUT QAYDNOMALARINI AVTOMATLASHTIRISH
Babadjanov E.S.- PhD., Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU TAD kafedrasi doktoranti,
Dauletnazarov I.J. - Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Nukus filiali DI kafedrasi assistenti.
Annotatsiya. Ushbu maqolada avtomatik sut sog'ish zallarida inson tomonidan yuritiladigan sut qaydnomalarini avtomatlashtirish masalasini yechishga qaratilgan. Ishdan maqsad tannarxi arzon mavjud ilg'or texnologiyalar va RFID vositalari orqali individual sigirlar uchun sut qaydnomasini yuritish, ma'lumotlar bazasiga yozish va taxlil qilish hisoblanadi. Bunda ESP32 mikrokontroller asosida sut sogosh zaliga bitta server boshqaruv blok va har bir sut stansiyalari uchun alohida klent boshqaruv blok ishlab chiqiladi. Qurilmalar lokal va global server bilan ma'lumot almashadi, ma'lumot almashishda TCP/IP, ESP-NOW protokollaridan hamda RFID identifikatsiya vositalaridan foydalaniladi. Kalit so'zlar: aqlli chorvachilik, sut stansiyalari, IoT, sensor, RFID, WiFi, mijoz-server, TCP/IP, ESP-NOW, Arduino, ESP32, LCD1602(I2C), Keypad 4x4
АВТОМАТИЗАЦИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ РЕГИСТРОВ МОЛОКА ДЛЯ ДОИЛЬНЫХ ЗАЛОВ НА ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ
ФЕРМАХ
Бабаджанов Э.С. - PhD., докторант кафедры СПП ТАТУ имени Мухаммада аль-Хорезми,
Даулетназаров И.Ж - ассистент кафедры ПИ Нукуссиский филиал ТУИТ имени Мухаммада аль-Хорезми.
Аннотация. В данной статье является решение вопроса автоматизации учета молока, ведущегося человеком в автоматических доильных залах. Цель работы - вести учет молока по индивидульным коровам, записать в базу данных и анализировать эти данные с использованием новейших технологий и RFID-инструментов, доступных по низкой цене. На базе микроконтроллера ESP32 будет разработан один серверный блок управления молочным залом и отдельный клиентский блок управления для каждой молочной станции. Устройства обмениваются информацией с локальными и глобальными серверами, для обмена данными используются протоколы TCP/IP, ESP-NOW и средства RFID-идентификации. Ключевые слова: умное животноводство, молочные станции, IoT, датчик, RFID, WiFi, клиент-сервер, TCP/IP, ESP-NOW, Arduino, ESP32, LCD1602(I2C), Keypad 4x4.
AUTOMATION OF MECHANICAL MILK REGISTERS FOR MILKING PARLORS ON LIVESTOCK FARMS
Babadzhanov E.S. - PhD. Doctoral student of TUIT named after Muhammad al-Khwarizmi,
© International Journal of Advanced Technology and Natural Sciences Vol.2(4) 2023 SJIF IF=4.023
f^rti-iflli» tffl.__^^ I ?JDLX COPCBMCUS 10
Dauletnazarov I.J. - assistant of the department of PI Nukus branch of TUIT.
Annotation. This article is a solution to the issue of automation of accounting for milk kept by a person in automatic milking parlors. The purpose of the work is to keep records of milk for individual cows, record in a database and analyze this data using the latest technologies and RFID tools available at a low price. Based on the ESP32 microcontroller, one server control unit for the dairy parlor and a separate client control unit for each dairy station will be developed. Devices exchange information with local and global servers, TCP / IP, ESP-NOW protocols and RFID identification tools are used for data exchange. Key words: smart farming, dairy stations, IoT, sensor, RFID, WiFi, client-server, TCP/IP, ESP-NOW, Arduino, ESP32, LCD1602(I2C), Keypad 4x4.
Kirish. Hozirgi kunda real statistik ma'lumotlar shuni ko'rsatadiki, ayniqsa rivojlanayotgan davlatlarning qishloq xo'jaliklaridagi aksariyat chorva fermer xo'jaliklari avtomatlashtirilmagan. Ularning iqtisodiy sharoiti esa mavjud "aqlli chorvachilik" tizimlarini o'rnatishga yo'l bermaydi. Chunki, bu avtomatlashtirilgan zamonaviy tizimlar 1) qimmatligi 2) o'z narxini tezda oqlamasligi 3) servis xizmat ko'rsatuvchi mutaxassis yo'qligi kabi qator muammolar mavjud. To'g'ri, mahalliy sharoitda o'rtacha 100 bosh qoramoldan ko'p bo'lgan fermalarda sut sog'ish zali, axlat tozalash, oziqlantirish bo'limlari yarim avtomatik vositalari bilan jihozlangan. Misol uchun sut sog'ish zalida 10 dan ko'p bo'lgan sog'in sigirlar bir vaqtning o'zida markaziy sog'iladi. Bunda har bir sog'in uchun alohida statsionar sut sog'ish stansiyasi bo'lib, unga mexanik sut o'lchagichi o'rnatilgan. Bu sut sog'ish apparatlari bitta pulsator va sut trubasiga ulangan. Fermalarda sut mahsuldorligini vizual kuzatuv orqali mexanik sut o'lchagichlarning ko'rsatkichlaridan olingan ma'lumotlar inson omili yordamida qog'ozga qayd qilinib boriladi. Bunda sut monitoringini yuritish uchun sut o'z ishini qilayotgan sog'uvchiga yana ikkita qo'shimcha qaydnomasini yurituvchi xodim kerak: biri sigirdagi birka raqamlarini ko'rib aytsa, ikkinchisi mexanik sut o'lchagichdagi ma'lumotni jurnalga qayd qiladi. Lekin bu qaydnomalarni yuritish qiyin, vaqt va mehnat talab vaqti-vaqti bilan amalga oshiriladi (1-4 xafta).
So'nggi o'n yillikda sut fermalarini avtomatlashtirish tobora muhim ahamiyat kasb etmoqda. Aqlli fermaning eng muhim xususiyati bu fermada ishlatiladigan ko'plab sensorli qurilmalarni kuzatish va boshqarishda IoT asosidagi tizimlardan foydalanishdir. Internet orqali taqdim etilgan sensorli tizimlar o'rtasidagi aloqalar oldinlari tushunarsiz bo'lgan ma'lumotlar oqimlarini birlashtirishga imkon beradi. Bulutli infratuzilma turli xil o'lchash uskunalari, jumladan, qoramol bo'yinbog'lari, sog'ish stantsiyalari va ozuqa yuk mashinalaridan to'plangan ma'lumotlarni saqlash uchun ishlatiladi. Simsiz ulangan sensorli tarmoqlarni yaratish imkonini beruvchi texnologiyalarning o'sishi sensor platformalarini arzonlashish imkonini berdi. Ushbu sensorli platformalar turli sanoat va jamoalarda qo'llaniladi. Chorvachilikda fermerlarga qarorlar qabul qilish va ferma samaradorligini oshirishda yordam berish maqsadida IoT va sensor texnologiyalaridan foydalanilmoqda. Bu vaqtni tejaydi va ularga ishlab chiqarish jarayoni, poda va har bir hayvon haqida ma'lumotlarni real vaqtda beradi.
Chorvachilikda sut ishlab chiqarish eng muhim iqtisodiy omil hisoblanadi. Chunki unda ish o'rinlari va daromadlar yaratiladi hamda ishlab chiqarish samaradorligini oshirishda texnologiyadan foydalanadi. Texnologiya sigirlarni oziqlantirish va sutchilikni tartibga solish, shuningdek, sanoat ishlab chiqarishi, jarayonlarni nazorat qilish va logistika kabi bir qator boshqa sohalarda qo'llanilishi mumkin. Mavzuga oid bo'lgan kichik fermalar uchun kundalikli IoT-ga asoslangan aniq chorvachilikda qo'llanilgan qoramollarni boshqarish bo'yicha ayrim tadqiqot ishlari tahlili ko'rsatilgan (1-jadval).
Memon va boshqalar fermer xo'jaliklarida oziqlantirish, suv ta'minoti va gazni yo'qolishini boshqarish modelini taqdim etilgan [1]. Model real vaqt rejimida ferma
ma'lumotlari va yozuvlarni yuritish uchun o'rnatilgan tizimni o'z ichiga olib, unda suv sathi, ultratovush, gaz, harorat va namlik sensorlari; IP kameralar; mikrokontrollerlar va drayverlar foydalanildi. Modul sensorlar va ikkita mikrokontrollerdan iborat (Arduino Mega va Uno). Tizim avtomatik hamda mexanik (qo'l) rejimlariga ega. Avtomatik rejimda tizimni ishga tushirish uchun parametrik chegaralardan foydalanadi. Ozuqa darajasini o'lchash uchun klapan, dvigatel va ultratovush sensori qo'yilgan. Oziq-ovqat tugagach avtomatik voronka klapan ochiladi. Zachary tadqiqoti Smart Farm xom sut sifatini boshqarish uchun tegishli yozuvlar asosida yaratilgan modelni taklif qilgan [2]. Smart Farm sut ishlab chiqaruvchilari va logistika xizmati provayderlarini xom sut sifatini proaktiv nazorat qilish uchun sun'iy intellektga asoslangan yangi avlod avtomatlashtirilgan tizimlar bilan ta'minlashga qaratilgan. Rodrigo tomonidan yaratilgan MooCare modeli ferma samaradorligi uchun sog'in mollarini boshqarishga yordam beradi [3].
IoT qurilmalaridan foydalangan holda MooCare hayvonlarni individual oziqlantirishni avtomatlashtiradi. Ushbu qurilmalar yordamida to'plangan ma'lumotlar ARIMA prognozlash mexanizmi yordamida individual bir sigirning sut mahsuldorligini bashorat qiladi. Natijada fermerlar oldindan har bir sigir uchun eng yaxshi oziqlantirish rejasini ishlab chiqish imkonini beradi. MIT App Inventor mobil ilovasi kichik sut podalarining mahsuldorligi va reproduktiv ko'rsatkichlarini monitoring qiladi [4].
Arago tadqiqotida tik turgan sigirlar xatti-harakatlaridan estrusni (quyiqish) aniqlash samaradorligini oshirish uchun IoT texnologiyasi bilan integratsiyalashgan noinvaziv va kontaktsiz estrusni aniqlash tizimini taklif qilingan [5]. PTZ (Pan-and-zoom) kameralari va Pythonga asoslangan veb-ilova estrusdagi sigirlarni aniqlashni yaxshilaydi. Deniz ishida esa real vaqtda sog'in sigirlarning ovqatlanish odatlarini kuzatish uchun elektron tizim konstruksiyasi taqdim etilgan [6].
Tizim kavsh qaytaruvchi hayvonlarni oziqlanish xatti-harakatlarini aniqlash, tasniflash va miqdorini aniqlashda hayvon chiqaradigan tovushlarni qayta ishlaydigan o'rnatilgan sxemaga qurilgan. Xvan maqolasida Android modil qurilma bilan ishlaydigan chorvachilik kasalliklari bo'yicha maslahat tizimi keltirilgan [7]. Tizim yordamida hayvonlarga tegishli antibiotiklar va boshqa dori-darmonlarni yo'qolish yoko suiiste'mol qilish oldi olinadi, chorva mollarining kasallik holatini erta bosqichda tekshirish sababli ularni tezda davolash mumkin. Pimp esa sun'iy intellektdan foydalangan va sigirlarni sog'lig'iga qarab tasniflash uchun sun'iy neyron tarmoqlardan qanday foydalanish mumkinligi ko'rsatgan [8].
Bu fermerlarga sigirlarini yaxshi parvarish qilishga yordam beradi, chunki sog'lom sigirlar yaxshi sut beradi. Anggreni tadqiqotining maqsadi qoramollardagi kasalliklarni aniqlash va birinchi yordam bo'yicha tavsiyalar berish uchun mobil aqlli tizimni ishlab chiqishdir [9]. Yang maqolasi sut mahsulotlarini etkazib berish zanjirlaridagi muammolarni hal qilishga qaratilib, u sut fermerlari va korxonalarga sut yetkazib berish bo'yicha qarorlar qabul qilishda uchun ma'lumotlar tahlilidan foydalanishga yordam beradi [10].
1-jadval.
Tadqiqot doirasidagi tegishli tadqiqotlar tah ili.
Nashr Ma'lumotlarni chiqarish Nazorat va ogohlantirish tizimi IoT Ma'lumot uzatish
[1] Sensorlar/avtomatlashtirish Yong'in signalizatsiyasi + WiFi va UDP
[2] Tanklarda saqlanadigan sut sifatini nazorat qilish sensori Sut sifatini maksimal darajada oshirish uchun bashoratli echimlar Simli
[3] Sut sensorlari, RFID Sut ishlab chiqarish prognozi + HTTP
[4] GPS Ma'lumotlar mobil ilova orqali yig'iladi + mobil
[5] PTZ kameralar/ avtomatlashtirish Sigirlarni va har qanday quyikishni aniqlaydi + LTE
[6] Akustik signallar Uch turdagi hodisalarni tasniflash: chaynash, tishlash va tishlab-chaynash - ZigBee
[7] Hayvonlarning bir nechta tasviri Chorvachilik kasalliklari holati diagnostikasi + TCP/IP
[8] Sut mollari ma'lumotlar to'plami Sut chorva mollarining holati 3 sinfga bo'lingan + HTTP
[9] Tibbiy ma'lumotlar to'plami Uch xil qoramol kasalliklari diagnostikasi - -
[10] Sut ishlab chiqarish ma'lumotlari Sut etkazib berish bo'yicha qarorlar uchun ma'lumotlar tahlili
[11] Tenzodatchik Individual sut o'lchash + HTTP
[12-13] pH va gaz sensorlari Tankda saqlanuvchi sut parametrlari - mobil
Ma' umki, kopchilik sut fermalarida sut sog'ish jarayoni indivic ual chelakka,
aravachaga o'rnatilgan ma'lum o'lchamli (20-50 kg) yopiq idishga, markaziy sut tarmoqiga ulangan sut sog'ish zallarida olib boriladi. Odatda kichikroq fermalarda sut sog'ish aravalaridan foydalanilib, bunda idish to'lguncha bir nechta sigir ketma-ketlikda sog'iladi. Sanya Kaunkid jamoasi sut miqdorini o'lchash va qayd etish uchun aravachaga o'rnatilgan yaxlit tizim ishlab chiqishgan [11].
Tizim jarayonida har bir sigirdan sut miqdori kilogrammda tenzodatchik bilan o'lchanadi. Real vaqt rejimidagi vaqt, sigir identifikatori, individual va jami sut miqdori kabi ma'lumotlar microSD xotira kartasiga yozib olinadi va loT orqali Google Spreadsheet-ga yozish uchun yuboriladi. Bundan tashqari, tizim fermerlarni sigir suti kam bo'lganda so'rg'ichlarni olib tashlash haqida ogohlantiradi.
Tajribalar shuni ko'rsatadiki, taklif etilayotgan tizim sut miqdorini to'g'ri o'lchashga imkon berib, u sut fermalarini yaxshilash va samarali boshqarishda yordam beradi.
Sut mahsulotlari ko'pincha protein, shakar, uglevodlar, vitaminlar, fermentlar va minerallarga boy. Biroq, sigirning zoti, ozuqasi, mavsumi, laktatsiya bosqichi va boshqa bir qator omillarga qarab, sut sifati har xil bo'lishi mumkin. Mavjud xom sut miqdorini oshirish uchun sutga boshqa modda qo'shilishi mumkin, bu amaliyot "buzg'unchilik" deb nomlanadi. Suv sutdagi eng keng tarqalgan ifloslantiruvchi hisoblanadi, chunki u sut miqdorini oshiradi, lekin uning sifatini pasaytiradi. Xom sut uzoqroq vaqt saqlansa, bakteriyalar ko'payadi, natijada yoqimsiz xidlar, ta'mlar va xavfli birikmalar paydo bo'ladi. Shuning uchun sutning buzilishini izlash va aniqlash va foydali mahsulot yaratish uchun monitoring tizimi kerak. Divya [12] va Goswami [13] maqolalari real vaqt rejimida xom sutdagi gaz konsentratsiyasi, zichlik, hid, harorat kabi ma'lumotlar beruvchi arzon sensorlarga asoslanadi. Ushbu tadqiqotlarda Arduino platasi yordamida sut miqdori va sifati baholanadi.
Taklif qilingan yondashuvda foydalanuvchilar o'zlarining mobil qurilmalari orqali sut parametrlari ma'lumotlariga kiriadi. Ma'lumotlar Bluetooth orqali Android ilovasi yordamida ularning mobil xotirasida (Milk Log sifatida) saqlanadi. Ammiak miqdori, oltingugurt, karbonat angidrid, tutun va boshqa xavfli gazlar miqdori sensori (MQ135), metan sensori (MQ2), uglerod oksidi sensori (MQ7), pH sensori, xiralik sensori va boshqa sut soxtalashtirish kabi sut parametrlar real vaqtda soat moduli tomonidan qayd etiladi (1-rasm).
Bu usul kiritilgan aralashmalarning miqdori va turlarini aniqlash uchun sut tarkibini o'rganadi. Buzg'unchilik turli sensorlarga ulangan elektron uskunalar yordamida aniqlanadi. Sensorlar qayd qiladigan ma'lumotlar yuqori va quyi chegaralariga ega bo'lib, qaysidir parametrlar shu chegaradan chiqsa tizim avtomatik ogohlantirish beradi. Jumladan, sutning pH qiymati 6,5 dan 6,8 gacha, yog'lilik diapazoni sigir sutida 3,0 - 4,0%gacha yog' bo'lishi kerak.
Gaz sensorlar (MQ3, MQ7, MQ135)
Yorug'lik sensori
pH sensori
Xiralik sensori
Harorat sensori
WiFi modul Mobil
1-rasm. Sut sifatini nazorat qilish qurilmasini chizilmasi.
Sutni tahlil qilish tizimi bilan to'rtta sut namunasidan 5 ta omil tahlil qilingan: sof sut, sutdagi suv, sutdagi tuz va sutdagi sovun aralashmalari. Ushbu sut namunalarining tahlili 2-jadvalda ko'rsatilgan.
2-jadval
Sut analizatori tizimining monitoring jad vali
Namunalar Zichlik pH Harorat Hid Sifat
Toza sut 3,2-3,5% 6,8 ( normal ) 30.31 5% Yuqori
Suv + sut 0,5-2% 6,4 ( normal ) 31.56 5% Oddiy
Sut + tuz 4-5% 4,5 ( kislota ) 31.38 10% Qisqa
Sut + sovun 4-5% 8,8 ( ishqoriy ) 32.43 o'n bir% Qisqa
Ushbu maqolada avtomatik sut sog'ish zallarida inson tomonidan yuritiladigan sut qaydnomalarini avtomatlashtirish masalasini yechishga qaratilgan. Real sharoitda mavjud bo'lgan ko'plab o'rta va kichik sut fermalarida sut sog'ish o'rnatilgan avtomatik sog'ish zalida, aravachali tanklar o'rnatilgan mobil avtomat sut sog'ish qurilmasida yoki individual chelaklarga mexanik usullardan biri orqali amalga oshirilmoqda. Yuqorida tahliliy ilmiy-amaliy maqolalarda mobil sut sog'ish uskunalarida avtomatik sutni qayd qilish qarab o'tildi. Endi Arduino vositalaridan foydalanilgan holda sut sog'ish zalida sut qaytnomasini elektronlashtirishning xususiy yarim avtomat yechimi taklif etiladi. Bu yerda sut miqdorini aniqlashda mexanik o'rnatilgan sut o'lchagichlarning ko'rsatkichlaridan foydalaniladi. Chunki, sut avtomatik miqdorini o'lchash muammoli masalardan hisoblanadi. Ya'ni, >10 sut stansiyalari bitta sut quvrlariga ulangan bo'lib, individual sutni miqdorini o'lchashda pulsator ishlashi natijasida sut havo aralash chayqalib turadi. Bu esa butun boshli konstrutsiyaga ega sut sog'ish zalini o'zgartirish orqali individual stansiyalar uchun o'lchovchi idishga to'plash qiyin masala hisoblanadi.
Maqsad. Tannarxi arzon mavjud ilg'or texnologiyalar va RFID vositalari orqali individual sigirlar uchun sut qaydnomasini yuritish, ma'lumotlar bazasiga yozish va taxlil qilish hisoblanadi.
Mavjud holat. Har bir sigirga RFID teglar biriktirilgan. Lokal server sifatida Windows 8 operatsion tizimi o'rnatilgan shaxsiy kompyuter / Raspberry PI 4 sut sog'ish binosidan alohida xonada joylashtirilgan. Sut sog'ish zaliga lokal tarmoqqa ulangan WiFi router qo'yilgan. Sut sog'ish zaliga RFID antennalar o'rnatilgan. Antennalarni o'rnatish 2 turdan birortasida amalga oshirilgan:
1) Har bir sut sog'ish stansiyaga alohida kichik radiusli RFID rider (UHF RFID Reader 860-969MHz, 70-100cm) o'rnatilgan;
2) ko'p antennali RFID riderning to'rtta antennasi zalning to'rt joyiga (to'rt tomon yoki kirishlarga) maxsus burchak graduslarda o'rnatilgan. Riderni ishlatish uchun u kompyuterga ulanadi va maxsus server dasturi orqali boshqariladi. Server dasturi ishga tushganda (START) har bir antenna teglarini alohida o'qiydi va RSSI ko'rsatkichini LOG faylga yozadi. Ma'lum vaqtdan so'ng server dastur to'xtatiladi (STOP). Keyin alohida algoritmli boshqa dastur orqali to'plangan ma'lumotlardan sigirlarning qaysi sut sog'ish stansiyasida turganligi (pozitsiyasi) aniqlanadi.
Maqsadni amalga oshirishda vazifalar ham rider arxitekturasiga ko'ra farqlanadi.
1) Individual riderlar uchun:
a. Sut sog'ish zalini har bir stansiya uchun alohida mijoz boshqaruv blokini ishlab chiqish (blok Arduino platasi, WiFi, Displey, Keypad 4x4, LED chiroqlar (1 -blok aktiv holatda, 2-blok tarmoqqa ulangan, 3-sigir ID raqami aniqlangan), RFID riderga kabelli ulanish);
b. Blok riderni ishga tushirish, ma'lum vaqt davomida ma'lumotlarini o'qish, eng ko'p qayd qilingan teg kodini aniqlash va uni ekranga chiqarish;
c. Xodim uchun sut ko'rsatkichini klaviaturadan kiritish va uni ekranda ko'rsatish;
d. Sut haqidagi ma'lumotlarni (ko'rsatkich, teg raqami, stansiya raqami, vaqt) WiFi orqali server ma'lumotlar bazasiga qayd qilish;
e. Klaviaturadan boshqa alohida tugma tanlanib u sigirda ekstremal holat (kasal, yara) mavjud bo'lsa, xabarni MBga uzatish.
2) Ko'p antennali RFID riderlar uchun:
a. Umumiy sut sog'ish zali uchun bitta server boshqaruv blokini ishlab chiqish (blok Arduino platasi, WiFi, Displey, Start /Stop tugmalar, LED chiroqlar (oq - blok ishga tayyor, ko'k - start tugma bosildi, qizil - stop tugma bosildi));
b. Start tugma bosilganda serverdagi riderni boshqaruv dasturini WiFi orqali ishga tushirish;
c. Stop tugma bosilganda rider dasturini tuxtatish, keyin serverdagi boshqa lokatsiya aniqlaydigan dasturni ishga tushirish;
d. Lokatsiya aniqlaydigan dastur natijalari WiFi orqali stansiyalardagi individual boshqaruv bloklariga mos teg kodlarini yuborishi;
e. Individual Arduino bloklari ekranida olingan teg kodlarini ko'rsatish;
f.Qolgan vazifalar oldingi arxitekturani c, d, e bo'limlari bilan bir xil.
Natija.
Hozirgi kunda, ishlab charish kabi sohalarda loT va o'rnatilgan tizimlar muhim ahamiyat kasb etadi. Bu loT va o'rnatilgan tizimlarda Arduino, ESP kabi kontrollerlar keng ishlatiladi. Qo'yilgan vazifada keltirilgan boshqaruv bloklarini ishlab chiqishda ESP32 kortolleri tanlab olindi. Chunki, boshqa kontrollerlarga qaraganda ESP32 kontrolleri imkoniyatlari katta. ESP32 kuchli 32-bitli mikrokontroller bo'lib, o'rnatilgan Wi-Fi, internetga ulanish uchun to'liq TCP/IP to'plami va Bluetooth 4.2 lar mavjud. Jumladan, simsiz ma'lumot almashinuv uchun bir nechta texnologiyalarni qo'llab-quvvatlaydi: BLE, Bluetooth Classic, ESP-NOW, Wi-Fi, MQTT, LoRa, GSM/GPRS/LTE. Vazifadagi jarayonda ma'lumot almashish uchun ESP32 ham kompyuter tarmog'iga ham boshqa ESP32 modullariga ulanishi lozim. Ma'lumki, odatda kompyuter tarmoqiga mikrokontrollerlar TCP/IP protokoli asosida ulanadi. Lekin, ESP32 modullariaro aloqada maxsus ESP-NOW protokoli mavjud.
ESP-NOW bu "Espressif tomonidan ishlab chiqilgan protokol bo'lib, u bir nechta qurilmalarga Wi-Fi-dan foydalanmasdan bir-biri bilan bog'lanish imkonini beradi. Protokol kam quvvatli 2,4 gigagertsli simsiz ulanishga o'xshaydi. Qurilmalar o'rtasida axborot almashiniv uchun dastlab ular o'zaro bog'lanishi kerak. Ulanish amalga oshirilgandan so'ng, axborot almashinuv xavfsiz va teng darajali bo'ladi. Qisqa aytganda, ESP-NOW tezkor aloqa protokoli bo'lib, u ESP32 platalari o'rtasida kichik xabarlarni (250 baytgacha) almashish uchun ishlatiladi. Qaralayotgan ishda bitta ESP32 bir xil yoki turli xil buyruqlarni turli ESP32 ga yuboradi. Ushbu konfiguratsiya masofadan boshqarish pulti kabi narsalarni qurish uchun
ideal. Ferma atrofida bitta asosiy ESP32 tomonidan boshqariladigan bir nechta ESP32 bo'lishi mumkin (2-rasm).
2-rasm. ESP32 mikrokontroller uchun ESP-NOW protokoli.
Masalani umumiylikda yechish uchun ko'p antennali rider arxitekturasi qaraladi. Dastlab ilg'or texnologiya vositalari bilan jihozlangan ikki turdagi (server va mijoz) boshqaruv bloklari konstruksiyasini ishlab chiqish lozim. Bular maxsus korpuslarga yig'ilib, ular quyidagicha qismlardan tashkil topgan:
• Server boshqaruv bloki - Start/Stop tugmali, ESP32 mikrikontroller, 2 ta LED;
• Mijoz boshqaruv bloki - ESP32 mikrokontroller, Keypad 4x4, LCD1602 (I2C), 3 ta
LED.
0[2][3][Â] S[5][6][B] [7][8][9][ö]
QCÔDBCd]
4-rasm. Klent boshqaruv bloki.
Server boshqaruv bloki sut sog'ish zalidagi stansiyalarga o'rnatiladigan mijoz boshqaruv bloklari uchun ichki server vazifasini bajarib, u 2 rejimda ishlaydi (3-rasm):
- TCP/IP protokolida ishlovchi lokal server bilan lokal WiFi tarmog'i orqali ulanib START yoki STOP tugmalari bosilganligi haqida ma'lumotlarni yuborish va serverdan ma'lumotlarni qabul qilish rejimi;
© International Journal of Advanced Technology and Natural Sciences Vol.2(4) 2023 SJIF IF=4.023
---1 KurtMl MKttOwwl ---— - —_ -- A
H .„--. IMDEXfe OOPtHNItUS (№ !---^ > 1 O
- ESP-NOW protokoli orqali 16 ta ESP32 kontrolleri ornatilgan mijoz boshqaruv bloklariga ma'lumotlar yuborish rejimi.
Mijoz boshqaruv bloki esa quyidagi 3 rejimda ishlovchi qurilma hisoblanadi (4-rasm):
- "Qabul qiluvchi" rejimi - ESP-NOW protokoli bo'yicha "Boshqaruvchi" blokdan kelgan ma'lumotlarni qabul qiladi va qayta ishlaydi;
- Ma'lumotlarni kiritish rejimi - WiFi tarmoqqa ulanish orqali 4x4 keypad orqali sut miqdori, sigirlarning holati (mastit yoki boshqa) haqida ma'lumotlar kiritiladi;
- "Jo'natish" rejimi -ferma kodi, stansiyada turgan sigirning tibbiy holati, stansiya raqami va sut miqdori (ferma_id, K, M, box_num, rfid, litr) ma'lumotlarini lokal serverga hamda global serverga bearer autentifikatsiya orqali yuboradi.
Jarayon xaritasi.
Ishlab chiqilgan ilg'or texnologiyali boshqaruv bloklari ferma sut sog'ish zaliga o'rnatildi. Ya'ni, 16 ta stansiyaga tartib raqam bo'yicha 16 ta mijoz boshqaruv bloki, 1 ta start/stopli server blokiga hamda zalga WiFi router. WiFi router Internetga va Ethernet orqali lokal server kompyuterga ulangan. Boshqaruv bloklari, serverga takrorlanmas lokal tarmoq IP berilgan. Sut sog'uvchi xodim sog'ish xonasiga sigirlarni kiritishdan oldin start/stopli server blokidan START tugmasini bosadi. ESP32 boshqaruv kontroller server kompyuterga IP orqali ulanadi va RFID reader dasturini ishga tushuradi (5-rasm).
5-rasm. Jarayon xaritasi.
RFID reader dasturi zalning ikki tomon kirishlariga o'rnatilgan juft antennalar orqali zalga kirayotgan sigirlarning quloq RFID teglarini o'qiydi va maxsus Log.txt faylga qayd qilib boradi. Sigirlar kirib stansiyalarga joylashgandan keyin xodim start/stopli server blokidan STOP tugmasini bosadi. Bunda ESP32 boshqaruv kontroller server kompyuterdan RFID rider dasturini to'xtatadi va undagi maxsus lokalizatsiya dasturuni ishga tushuradi. Lokalizatsiya dasturi maxsus algoritm orqali Log.txt faylidan teglarni o'tish tartibini aniqlaydi. Lokalizatsiya algoritimi "Harakatli passiv RFID teglarni lokalizatsiya qilishning turli arxitekturalari uchun algirtmik ta'minoti" nomli maqolada to'liq beriladi. Lokalizatsiya dasturi natijasi sut stansiya tartibi bo'yicha joylashgan teglarni bitta faylga yig'ib beradi. Fayl tayyor bo'lgandan keyin, server kompyuterdan ESP32 boshqaruv kontrolleriga ma'lumotlar baytlar bo'yicha uzatiladi.
© International Journal of Advanced Technology and Natural Sciences Vol.2(4) 2023 SJIF IF=4.023
finnrt\e> d mP «hw«™« index (^copernicus —1/
Server bloki ma'lumotlarni qabul qilib olgandan keyin kompyuter bilan TCP/IP aloqani uzadi. Keyin ESP-NOW protokoli orqali olgan m'lumotlardan teg IDni tegishli mijoz bloklariga jo'natishni boshlaydi. Server bloki kontrollerga oldindan mijoz blok kontrollerlarning MAC adreslari kiritib qo'yilgan. Ushbu, MAC adreslar asosida kompyuterdan olingan ma'lumotlar stansiyalarga ketma-ketlikda jo'natiladi. Ma'lumot qabul qilib olgan mijoz blokda ko'k rangli LED yonadi va ekranga aniqlangan RFID raqamini chiqaradi hamda sut miqdori va sigir holati haqidagi xabarlarni kiritishni kutib turadi. Bu vaqtda mijoz blok kontrollerlari ESP-NOW server bloki kontrolleridan uzilib WiFi tarmog'iga ulanadi.
Mijoz blokiga zarur ma'lumotlar kiritilib, SEND (D tugma) bosilganda modul TCP/IP protokoli orqali ma'lumotlarni lokal serverga jo'natadi va tasdiqlovchi xabarni kutadi. Lokal serverdan ma'lumotlarni qabul qilganligi haqidagi xabarni olgandan so'ng ma'lumotlarni global web serverga jo'natadi va xabar kutadi. Agar ma'lumotlar web serverga muvaffaqiyatli yetib borgan bo'lsa modul ekraniga "MA'LUMOTLAR JO'NATILDI!" xabari chiqadi (ko'k LED o'chadi) va WiFi tarmog'idan uzilib ESP-NOW protokoli bo'yicha ma'lumotlarni qabul qilish rejimini ishga tushiradi(1-rasm).
Xulosa.
Biz IoT orqali chorva fermer xo'jaliklari sut sog'ish zallarida sut qaydnomasini yuritish masalasini yechdik. Mazkur tadqiqot ishi IL-392103072- "Chorvachilik komplekslarini elektron boshqarishning mobil ilovasini yaratish" innovatsion loyiha doirasida olib borildi [1416]. Ishlab chiqilgan ilg'or texnologik boshqaruv blokli infratuzilma Qoraqalpog'iston Respublikasi Nukus tumanidagi Kerder MFY "Qo'ng'irot-Mexri" chorvachilik fermer xo'jaligiga o'rnatildi (42°43'04.5"N 59°25'22.0"E; 42.717929,59.422782) va tajriba sinovdan o'tkazildi. Sut qaydnomasi bo'yicha olingan ma'lumotlar UzPLF.uz tizimining ma'lumotlar bazasida qayd etiladi. Bu tizim chorva fermasida ro'yxatga olingam qoramollarni nazorat qilish, fermer va vetererinarlarga qarorlar qabul qilishda ko'maklashish hamda qoramol hayotiy faoliyatida mavjud static va sensorli axborotlarni tizimli qayta ishlash natijasida tegishli shaxs/ob'ektlarni avtomatik xabardor qilish kabi vazifalarni bajardi [17-19]. Kelajakda ushbu tadqiqot ishi kengaytirilib, sut qaydnomasini yarim avtomatdan to'liq avtomat rejimiga o'tkazish va sutni individual onlayn tahlil qilish rejalashtirilgan.
Foydalanilgan adabiyotlar ro'yxati:
1. Memon, M.H.; Kumar, W.; Memon, A.; Chowdhry, B.S.; Aamir, M.; Kumar, P. Internet of Things (IoT) enabled smart animal farm. In Proceedings of the 2016 3rd International Conference on Computing for Sustainable Global Development (INDIACom), New Delhi, India, 16-18 March 2016; pp. 2067-2072.
2. Zakeri, A.; Saberi, M.; Aboutalebi, S.; Hussain, O.K.; Chang, E. Smart Farm: A System for Proactive Management of Raw Milk Quality. In Proceedings of the WSDM '19: The Twelfth ACM International Conference on Web Search and Data Mining, Melbourne, Australia, 11-15 February 2019; pp. 1-8.
3. da Rosa Righi, R.; Goldschmidt, G.; Kunst, R.; Deon, C.; da Costa, C.A. Towards combining data prediction and internet of things to manage milk production on dairy cows. Comput. Electron. Agric. 2020, 169, 105156. [CrossRef]
4. Fouad, K.; Alary, V.; Dubron, A.; Bonnet, P.; Juanes, X.; Nigm, A.; Abdelghany, S. Developing a data collection application for following up the small-scale dairy farms' performance in rural areas. Egypt. J. Anim. Prod. 2021, 2, 63-70. [CrossRef]
5. Arago, N.; Robles, R.R.; Alvarez, C.; Mabale, A.; Legista, C.; Repiso, N.; Velasco, J. Smart Dairy Cattle Farming and In-Heat Detection through the Internet of Things (IoT). Int. J. Integr. Eng. 2022, 14, 157-172. [CrossRef]
6. Nestor, N.D.; José, O.C.; Julio, R.G.; Alejandra, M.P.; Marcelo, J.L.; Rufiner, H.L.; Leonardo, L.G. Embedded system for real-time monitoring of foraging behavior of grazing cattle using acoustic signals. Comput. Electron. Agric. 2017, 138, 167-174.
© International Journal of Advanced Technology and Natural Sciences Vol.2(4) 2023 SJIF IF=4.023
f^rti-il-lli» ^ ^^ 1MDEX® OOPtHNItUS 18
7. Hwang, J.; Jeong, H.; Yoe, H. Livestock Disease Counseling System Using Android Smartphone. Adv. Sci. Technol. Lett. 2014, 51, 353-359.
8. Pimpa, A.; Eiamkanitchat, N.; Phatsara, C.; Moonmanee, T. Decision Support System for Dairy Cattle Management Using Computational Intelligence Technique. In Proceedings of the 2019 7th International Conference on Computer and Communications Management, Bangkok, Thailand, 27-29 July 2019; pp. 181-185.
9. Anggraeni, W.; Muklason, A.; Ashari, A.F.; Wahyu, A.; Darminto. Developing Mobile Intelligent System for Cattle Disease Diagnosis and First Aid Action Suggestion. In Proceedings of the 2013 Seventh International Conference on Complex, Intelligent, and Software Intensive Systems, Taichung, Taiwan, 3-5 July 2013; pp. 117-121.
10. Yan, W.J.; Chen, X.; Akcan O.; Lim J.; Yang D. Big data analytics for empowering milk yield prediction in dairy supply chains. In Proceedings of the 2015 IEEE International Conference on Big Data (Big Data), Santa Clara, CA, USA, 29 October-1 November 2015; pp. 2132-2137.
11. Kaunkid, S.; Aurasopon, A.; Chantiratiku, A. Automatic Milk Quantity Recording System for Small-Scale Dairy Farms Based on Internet of Things. Agriculture 2022, 12, 1877. https://doi.org/10.3390/agriculture12111877
12. Divya B, Deepthika S, Devi Shruthi R, Kirthika B, Sangavai R. Arduino based milk products monitoring system. International Research Journal of Modernization in Engineering Technology and Science (Peer-Reviewed, Open Access, Fully Refereed International Journal) Vol 05. May-2023. IF-7.868; pp. 279-284.
13. Goswami, S. and Dangi, A. 2021. Arduino-Based Milk Quality Monitoring System. IJAEB, 14(2): 245-249. DOI: 10.30954/0974-1712.02.2021.19
14. Babadjanov E.S. Chorvachilik faoliyatini avtomatlashtirishda zamonaviy sensor va RFID texnologiyalar tahlili // Muhammad al-Xorazmiy avlodlari, №3(21), 2022. 5.105-116
15. Babadjanov E.S. PLF (aniq chorvachilik) texnologiyalari va mavjud tizimlar holati // Muhammad al-Xorazmiy avlodlari, № 4(22), 2022. 5.68-84
16. Babadjanov E.S. Aproblems and solutions of organizing smart livestock farms. CAJECS, ISSN: 2181-3213 VOLUME 1, ISSUE 4, 09.2022. P.6-19.
17. Babadjanov E.S., Nishanov A.Kh. Database Development in the Automation of Livestock Farms // TELEMATIQUE. ISSN: 1856-4194. Volume 21 Issue 1, 2022. P 6899 - 6910
18. Babadjanov E.S., Samandarov B.S. Qoramol kasallik belgilari bilan sensorlararo aloqalar// Journal of Advances in Engineering Technology. Vol.3(7) 2022. P.64-67. DOI 10.244122181-1431-2022-3-64-67
19. Nishanov A.Kh., Babajanov E.S., Samandarov B.S. Mathematical model of detection of cattle diseases with multiple parameters // Open Access Journal by MDPI. 2023
© International Journal of Advanced Technology and Natural Sciences Vol.2(4) 2023 SJIF IF=4.023
f^rti-il-lli» ^ ^^ 1MDEX® OOPtHNItUS 19
