CC BY
0комплекс вим1рювання основних
параметр1в Грунту та передач1 ïx на
в1ддалений сервер
Д. В. Кукурш, В. О. Сацик, О. О. Смолянтн, Л. М. Мартна
Луцький нацгональний техшчний утверситет
DOI: https://doi.org/10.31435/rsglobal_ws/30112019/6761
ARTICLE INFO
Received: 14 September 2019 Accepted: 15 November 2019 Published: 30 November 2019
KEYWORDS
measurement of basic soil parameters, data transmission to a remote server, software-hardware complex.
ABSTRACT
This paper presents the development of software-hardware complex that performs the function of measuring the basic soil parameters (pH and soil moisture, photosynthetically active radiation, temperature and humidity, soil depth) and provides the transfer of these data to a remote server.
Citation: D.V. Kukurik, V.O. Satsyk, O.O. Smolyankin, L.M. Marckina. (2019) Complex measurement of the main parameters of soil and transfer of them to a remotely server. World Science. 11(51), Vol.1. doi: 10.31435/rsglobal_ws/30112019/6761
Copyright: © 2019 D.V. Kukurik, V.O. Satsyk, O.O. Smolyankin, L.M. Marckina. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) or licensor are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.
Постановка проблеми. Украша володie надзвичайним резервом родючих грумв. Тому в минулому вона була, i в майбутньому повинна бути одним зi свггових лiдерiв виробництва високо-яюсних, еколопчно чистих продукт1в харчування. Але для цього потрiбна повна шформащя про поточний стан основних параметрiв грунту на основi яких приймаються ршення щодо технолопчних операцш його обробггку, а в подальшому i врожайтсть альськогосподарських культур.
Однак органи управлшня, наука, виробництво володдать далеко неповною оперативною шформащею про основнi параметри грунпв через нестачу необхiдних i техшчних засобiв !х одержання. Особливо актуальними е данi показники в системi точного землеробства та в забезпеченш оптимального рiшення органiзацii виробничого процесу. Тому питання фiксацii та передачi основних показник1в грунту е досить актуальними.
Аналiз останнiх дослiджень i публiкацiй з даноТ проблеми. Проведений аналiз iснуючих пристроiв для вимiрювання основних параметрiв грунту та пов^ря дозволяе здiйснити умовне роздiлення цих приладiв на двi категорii: перша - дороговартюш i точнi, друга - дешев^ але з малим програмним функцiоналом. Враховуючи соцiально-економiчний стан виробниюв аграрiiв Украiни, використання пристроiв першоi категорii е обмеженим, а друго1', як правило малоефективним. Крiм того переважна бiльшiсть пристро1'в передбачае вимiрювання одного-двох параметрiв. [1,2,3,4,5,6,7].
Тому лопчно постае завдання розробити комплексний пристрiй вимiрювання основних параметрiв грунту з можливютю передачi даних на вщцалений сервер, який за собiвартiстю значно менший, в той час як за яюсними показниками точносп вимiрювання не виходив за допустим меж
Об'ект досл1дження: процес вимiрювання фiзико-хiмiчних параметрiв грунту, фiксацii координат здшснення замiрiв, та процес передачi на вiддалений сервер.
Предмет досл1дження: програмно-апаратний комплекс вимiрювання параметрiв грунту.
Мета: розробити програмно-апаратний комплекс який забезпечуе вимiрювання основних параметрiв грунту та передачi цих даних на вщдалений сервер.
Основн задача: 1) розробити апаратну частину комплексу на 6a3Í локального аналiзатора грунту та встановити додaтковi моrцулi з можливютю передaчi даних на вщцалений сервер; 2) здш-снити програмування апаратного контролера Genuino micro; 3) Розробити програму для взаемоуз-годження роботи мiкропроцесорa (Genuino micro) та моб№ного додатку на бaзi Android studio на мовi програмування PHP, Java, XML, HTML та MySQL, для передaчi даних в Web iнтерфейс.
Ochobhí результати дослiджень. Для ч^кого розумiння принципу та алгоритму роботи комплексу, створюемо блок схему (рис 1).
Рис 1. Структурна схема принципу роботи програмно-апаратного комплексу
Апаратна частина комплексу розробляеться на ochobí юнуючого локального аналiзатора грунту 3в1. Варто вiдмiтити, що базовими параметрами вишрювання локального аналiзатора е: рН метр, волопсть грунту, рiвень ФАР. Вимiрювання рiвня pH в базовому варiантi здiйснюеться за потенщометриченим принципом вимiрювання, вологостi землi вщповщно електромагнiтним методом та фотодiодом (який перетворюе падаюче на його фоточутливу область свiтло в електричний заряд за рахунок процешв в р-п-переход^ вимiрювання рiвня ФАР.
Також для розширення функцiоналу, зокрема для вишрювання температури та вологостi повiтря вмонтовуемо датчик DHT 11, а для вимiрювання поверхневого оброб^ку грунту на 3D принтерi виготовляемо лiнiйку.
Для вщображення шформаци на пристро! застосовуемо (чорно-бший) дисплей OLED 0.91" I2C 128x32.
Для обробки даних основних параметрiв грунту отриманих вiд датчиюв застосовуемо мiкропроцесор Genuino micro. Схема шдключення датчикiв зображена на рис2.
Рис 2. Загальний вигляд монтажу деталей у виготовлений корпус
З метою забезпечення передaчi оброблених даних на вщдалений сервер через мобiльний додаток використовуемо Bluetooch модуль HC - 06.
Програмне забезпечення складаеться з двох основних частин: перша - в оболочщ Arduino на мовi С++ пишеться програма для контролера Genuino micro та передaчi ix через Bluetooch модуль HC - 06 який в свою чергу передае сигнал на мобшьний пристрш, остaнiй з яких вiдповiдно на вщдалений сервер; друга частина - програма для синхрошзацп роботи мшропроцесора (Genuino micro) та мобiльного пристрою, створюеться на бaзi Android studio, де використовуеться мова програмування Java, для створення ядра функщоналу програми, та XML для створення грaфiчного iнтерфейсу.
Функцiя передaчi даних забезпечуеться на бaзi мобiльного додатку операцшно].' системи Android 7 i вище.
Загальний вигляд оболочки Arduino та частина програмного коду для програмування Genuino micro на мовi С++ представлено на рисунку 3.
Рис. 3 Загальний вигляд оболочки Arduino та частина програмного коду для програмування
Genuino micro на мовi С+ + Для забезпечення взаемоузгоджувально].' роботи прийому та передaчi даних розробляеться оболонка для мобшьного додатку. Розробка здшснюеться на бaзi Android studio, де використовуеться мова програмування Java, для створення ядра функщоналу програми, та XML для створення грaфiчного штерфейсу.
Загальний вигляд оболонки Android studio, для створення штерфейсу для прийому даних з пристрою та доповнення ix геоданими з телефона представлено на рисунку 9.
Рис. 4 Оболонка Android studio, створення Штерфейсу для приймання даних з пристрою та
доповнення гх геоданими з телефону
Для забезпечення можливосп шдключення до Bluetooch модуля НС - 06 в програмi створюеться клавша, яка використовуе стандартне програмне забезпечення мобiльного додатку. Головне меню вщображае список пристро1'в для шдключення та шдменю включення Bluetooch з можливiстю включення блютуз модуля на пристро1' (лiва частина рисунку 5).
Пюля включення модуля В1иеШоЛ в мобiльному додатку та шдключення його до Bluetooch HC - 06 рограмуеться меню список, для синхрошзацп з апаратною частиною. Також створюеться меню в якому буде вщображатися шформащя з пристрою тсля вибору його зi списку (права частина рисунуку 5).
► ©Ш® H» *S".J 71415:46 KÏ • G SJÖ8-' 53*112:09
А.S.Z.O.A.PG. О * <r A.S.Z.O.A.P.G. ■ :
ПристроГ Bluetooth flaHi 3 пристрою
™рН = 7.0
НС-06 Humidity of the earthi = High
98:D3:31:F7:44:6E Light = Low
Temperature = 15.10 *C Air humidity = 74.00 %
я
4 Ф Я <4 # ■
Рис.5 Меню з списком синхрошзацИ' та меню збору гнформацИ з пристрою Наступним кроком розробки програмного забезпечення е створення меню в якому вимiрювальнi параметри пристрою доповнюеться даними з модуля геолокацп, що знаходиться в мобшьному додатку, а також вносяться даш вимiрiв глибини поверхневого оброб^ку грунту, так як вимiрювання даного параметру здшснюеться механiчним шляхом ^ва частина рис. 6)
Насамюнець створюемо меню шдтвердження даних з подальшою передачею 1'х на вiдддалений сервер (права частина рис. 6).
ES t G |1 □ t "[> S " 534 а 12:0»
<- A.S.Z.O.A.P.G.
Даш з пристрою
рН = 7.0
Humidity of the earthi = High Light = Low
Temperature = 15.10 °C Air humidity = 74.00 %
ES • G [Л □ 4 "□> 3 и 53 % ■ 12:09
<- A.S.Z.O.A.P.G. Дат з пристрою
рН = 7.0
Humidity of the earthi = High Light = Low
Temperature = 15.10 °C Air humidity = 74.00 %
Поточно Micue находження
Довгота 25.306900 Широта 50.727365
Глубина оброб1тку земл'|
4 cm
ДАЛЬШЕ
M ф я
Поточно мюце находження
Довгота 25.306900 Широта 50.727365
Глубина оброб1тку земл1
4 cm
СОХРАНИТЬ
■4 ф Я
Рис.6 Меню доповнення геоданими та меню з передачi даних на вгддалений сервер
За допомогою PHP, Java, HTML та MySQL створюемо модуль для Web сервера, з метою приймання та вщображення вимiрювальних параметрiв з пристрою на сервера Модуль можна розмютити на будь-якому сайтi, де проводяться анал^ичш розрахунки.
З метою вщображення та фшсацп координат проведення вимiрювання параметрiв використовуемо систему координат - Google Maps. Для отримання доступу до функцш Google Maps необидно отримати ключ API на сторшщ https://console.developers.google.com/. 1нтерфейси Google Maps API доступш для додаткiв Android i iOS, веб-браузерiв, вони також застосовуються веб-службами HTTP. На вiддаленому серверi вказуються якi саме данi (параметри) необидно
вщображати та форму !х вщображення (мiтка, з можливютю вiдображення на нiй вщповщних вимiрювальних параметрiв та координат: довготи, ширини). В подальшому здiйснюeмо фшсащю цих координат та вiдповiдних параметрiв через запуск коду з ключем де вiдбуваeться генерацiя карти мггками та даних з сервера ^ва частина рисунку 7).
Загальний вигляд програмно апартного комплексу ДК-1 шд час вимiрювання данних, за адресою м. Луцьк вул. Потебнi 56 (учбово-лабораторний комплекс Луцького НТУ) представлено на рисунку 7 (права частина).
wrt-i»
OKWCmüKiWicn
ИЯТК14 3«Я0 ?
Рис. 7 Вгдображення даних координат точок проведення вим1рювання з пристрою на Google Maps
Варто зазначити, що розробка даного пристрою знаходиться в тестовому режим^ i потребуе випробування у виробничих умовах та узгодження допустимост похибок вимiрювальних параме^в та проходження вщповщно! сертифшацп. Тому подальшi дослiдження та роботи будуть здшсненш саме в цьому напрямку.
Висновки. Таким чином в данш робот представлено програмно апаратний комплекс. Апаратна частина програмно-апаратного комплексу розроблена на основi юнуючого локального аналiзатора грунту 3в1.
Для розширення функщоналу, зокрема для вимiрювання температури та вологосп повiтря вмонтовано датчик DHT 11, а для вимiрювання поверхневого оброб^ку грунту на 3D принтерi виготовлено лiнiйку (4).
Для вщображення шформаци на пристро! використали (чорно-бший) дисплей OLED
0.91. I2C 128x32 (5).
Для обробки даних основних параметрiв грунту отриманих вiд датчиюв застосовували мiкропроцесор Genuino micro.
З метою забезпечення передачi оброблених даних на вщдалений сервер через мобшьний додаток використовуемо Bluetooch модуль HC - 06 (3).
На 3D принтерi виготовлено корпус для загального монтажу.
Програмне забезпечення складаеться з двох основних частин: перша - в оболонщ Arduino на мовi С++ написана програма для контролера Genuino micro та передачi !х через Bluetooch модуль HC - 06 на вщдалений сервер; друга частина - програма для взаемоузгодження роботи мшропроцесора (Genuino micro) та мобшьного пристрою створюеться на базi Android studio, де використовуеться мова програмування Java, для створення ядра функщоналу програми, та XML для створення графiчного штерфейсу.
REFERENCES
1. Електронний ресурс - https://uhmi.org.ua/rozr/agro/
2. Грушка I. Г. Нов1 методи i засоби агрометеоролопчних вим1рювань i питання пдрометеоролопчного забезпечення землеробства. Матер1али наради-семшару "Обмш досввдом пдрометеоролопчного забезпечення сшьськогосподарського виробництва у сучасних умовах". 1520 жовтня 2001 р. м. Ялта. Укра!нський ГМЦ, Ки!в, 2001., С. 43-54.
3. Звгг про науково-дослщну роботу "Розробити автоматизовану систему контролю вологосп, температури грунту та шших агрометеоролопчних параметр1в", УкрНДГМ1, Ки!в, 1997 р.
4. Грушка 1.Г., Грушка Я.1. Споаб вим1рювання електрично! емносп та вологосп i пристрш для його здшснення (вар1анти) // Заявка № а 2005 00714 ввд 26.01.2005.
5. Електронний ресурс - https://plants-club.ua/vymiryuvachi-vologosti-runtu—tensiometry-vymiryuvalni-prystroyi
6. Електронний ресурс - https://prom.ua/Izmeriteli-parametrov-pochvy.html
7. Електронний ресурс - http://www.ecoinstrument.com.ua/proizvoditeli/eijkelkamp/penetrologger-06-15/
8. Електронний ресурс - https://chemtest.com.ua/penetrologger-afs-1_dlya_pochvi.
