CC BY
12УДК 004.45:53.087:631.547.2
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РЕГИСТРАТОРА ПАРАМЕТРОВ РОСТА РАСТЕНИЯ
Александр Петрович Гришин*, Андрей Александрович Гришин, Владимир Александрович Гришин
ФГБНУ «Федеральный Научный Агроинженерный Центр ВИМ», г. Москва, Россия
*е-шаП: [email protected];
Аннотация. Во введении отмечено, что сельскохозяйственное производство обладает своими специфическими особенностями, которые диктуют широкое применение цифровых технологий (ЦТ), как ни в какой другой сфере народного хозяйства. Эти особенности хорошо согласуются с особенностями ЦТ.
Показано, что в еще большей степени эффективность применения ЦТ может быть получена в искусственных экосистемах, где условия роста и получения высокой продуктивности обусловлены управляемостью этих процессов и наличием необходимых для этого технических средств. Дело лишь за управлением.
Применение ЦТ в искусственных экосистемах имеет следующую схему: сбор данных о параметрах экосистемы (сенсорная сеть) ^ передача в базу данных (облачное хранилище) ^ обработка данных принятие решений (формирование управляющего сигнала).
Для проведения исследований влияния показателей окружающей среды на показатели продуктивности также можно применять ЦТ такого же протокола.
В результатах и их обсуждениях приводится описание конструкции регистратора, в основе которого лежит программируемый контроллер на базе процессора ATMega. Контроллер имеет различные аналоговые и цифровые входы и выходы. Для измерения параметров использовались как универсальные (стандартные), так и специализированные датчики.
Пересчет единиц измерений значений регистрируемых параметров из битовых в осуществляется по приведённым формулам.
В выводах отмечается, что разработана установка типа «регистратор» на базе платформы АЫито, позволяющая регистрировать в реальном времени показатели объекта исследований и внешних факторов с последующей их фиксацией в облачной базе данных.
Ключевые слова: цифровые технологии, показатели физиологии
растения, показатели внешней среды, цифровой регистратор, облачная база данных.
Введение. Сельскохозяйственное производство обладает своими специфическими особенностями, которые диктуют широкое применение цифровых технологий (ЦТ), как ни в какой другой сфере народного хозяйства. Это:
- участие в технологическом процессе живых организмов, связь режимов работы технического оборудования с растениями, животными и людьми, что приводит к случайным изменениям диктующих параметров процесса производства и неопределенностям контроля и управления в объектах сельхозназначения;
- многообразие и сложность производственных процессов, обеспечиваемых ЦТ.
- распределенность контролируемых параметров по большой площади, случайный характер их природы.
- технологическое многообразие сельхозпроизводства.
Эти особенности хорошо учитываются свойствами ЦТ, такими
как:
1. Функциональное удобство и гибкость реализации операций.
2. Интеллектуальная автоматизация решений.
3. Высокая производительность выполнения расчётов.
4. Хранение неограниченного объёма данных.
5. Исключение влияния расстояний, вседоступность при глобальной удаленности.
Технологии растениеводства связаны с получением продукции растительного характера. Растения — это живые объекты, имеющие функции роста, свои болезни, требующие питания, ухода и т.д. Производственные процессы выращивания также многообразны: от подготовки почвы, до сбора урожая. Площади посевов огромны, по которым распределены контролируемые параметры, влияющие на рост растений. Технологии растениеводства, также многообразны: даже один процесс может быть реализован несколькими технологиями.
Но в еще большей степени эффективность применения ЦТ может быть получена в искусственных экосистемах, где условия роста и получения высокой продуктивности обусловлены управляемостью этих процессов и наличием необходимых для этого технических средств. Дело лишь за управлением.
Естественная экосистема - сообщество организмов, существующих в физической среде, объединенных с ней и между собой потоком энергии. Солнце является источником энергии, которую зеленые растения, преобразуют в питательные вещества посредством фотосинтеза. Травоядные, поедают растения и служат
пищей и источником энергии вторичным потребителям. Бактерии, расщепляя останки отмерших организмов, завершают цепь энергопитания.
Применение ЦТ в искусственных экосистемах имеет следующую схему: сбор данных о параметрах экосистемы (сенсорная сеть) ^ передача в базу данных (облачное хранилище) ^ обработка данных принятие решений (формирование управляющего сигнала) [1,2].
Для проведения исследований влияния показателей окружающей среды на показатели продуктивности также можно применять ЦТ такого же протокола.
С этой целью была разработана установка типа «регистратор» на базе платформы Ardшno, позволяющая регистрировать в реальном времени следующие показатели объекта исследований и внешних факторов с последующей их фиксацией в облачной базе данных:
1. Температуру листа
2. Освещенность на поверхности листа
3. Влажность воздуха
4. Температуру воздуха
5. Температуру субстрата
6. Влажность субстрата
7. Изменение массы объекта исследований.
8. Атмосферное давление
Результаты и их обсуждение
Условная блок-схема устройства представлена на рис. 1.
Рисунок 1 - Блок-схема установки типа «регистратор» на базе платформы Arduino
В основе регистратора лежит программируемый контроллер на базе процессора ATMega. Контроллер имеет различные аналоговые и цифровые входы и выходы. Для измерения параметров использовались как универсальные (стандартные), так и специализированные датчики [3-7]. Процессор имеет подключенные часы реального времени, а для фиксации замеров, подключенный накопитель на карте памяти типа micro-SD, модуль WiFi для передачи данных в облачное хранилище или БД в сети интернет. Сохранение на карту памяти происходит в формате CSV, удобном для дальнейшей обработки в Excel. Пример использования регистратора для томата на рис. 2._
Рисунок 2 - Культура томата в почвенном субстрате с регистратором параметров роста на весах
Измерение параметров воздуха осуществляется стандартным датчиком DHT. Для обработки данных с датчика использовалась стандартная библиотека DHT.h. Измерение температуры почвы осуществляется герметичным цифровым датчиком основан на
популярной микросхеме DS18B20. Он позволяет определить температуру окружающей среды в диапазоне от -55°С до +125°С и получать данные в виде цифрового сигнала с 12-битным разрешением по протоколу. Этот протокол позволит подключить огромное
количество таких датчиков, используя всего 1 цифровой порт контроллера, и всего 2 провода для всех датчиков: земли и сигнала. В этом случае применяется так называемое «паразитное питание», при котором датчик получает энергию прямо с линии сигнала.
Каждый датчик имеет уникальный прошитый на производстве 64-битный код, который может использоваться микроконтроллером для общения с конкретным сенсором на общей шине. Атмосферное давление измеряется датчиком на основе чипа LPS331AP от STMicroelectronics. Микросхема имеет встроенный датчик температуры. Это позволит добиться точной работы датчика. Общение модуля с управляющей электроникой, происходит по протоколу РС / TWI. Влажность почвы измеряется емкостным датчиком. Пересчет влажности из битовых значений в % осуществляется по формуле:
-1 ■ Ос - 567)
//почвы =-
2,8з
где х - 10-битовое значение с датчика
Освещенность измеряется датчиком, основанном на фоторезисторе. Пересчет освещенности в люкс осуществляется по
формуле:
Них = 19463 ■ е~°-0172х где х - 10-битовое значение с датчика
Температура поверхности листа осуществлялась цифровым датчиком GY-906 MLX90614ESF с применением библиотеки Adafruit_MLX90614.h, которая позволяет получать готовые значения стандартным методом (readObjectTempC). Данные с весов контроллер получает по стандартному порту Serial.
Полученные данных формируются в строку, разделенную запятыми и каждая строка командой Serial.println записывается на карту памяти в файл с разрешением CSV. Эта же строка отправляется в библиотеку MySQL_Connection.h для записи данных в БД в сети интернет.
Выводы
Разработана установка типа «регистратор» на базе платформы Arduino, позволяющая регистрировать в реальном времени следующие показатели объекта исследований и внешних факторов с последующей их фиксацией в облачной базе данных:
1. Температуру листа
2. Освещенность на поверхности листа
3. Влажность воздуха
4. Температуру воздуха
5. Температуру субстрата
6. Влажность субстрата
7. Изменение массы объекта исследований.
8. Атмосферное давление
Список использованных источников:
1. Новые аграрные технологии // Электронный ресурс: https://strij.tech/portfolio/resheniya/selskoe-hozyaistvo. Дата обращения 02.08.18.
2. Tibbo AggreGate - интеграционная платформа для Интернета вещей // Электронный ресурс: http://aggregate.tibbo.com/ru/. Дата обращения 02.08.18.
3. Лучшие высокоточные датчики на рынке для самых требовательных приложений в сельском хозяйстве // Электронный ресурс: http://iotsmart.ru/products/iot-vertical-kits/smart-agriculture. Дата обращения 02.08.18.
4. Интеллектуальная платформа управления Интернетом вещей (IoT) // Электронный ресурс: http://ksense.ru/. Дата обращения 02.08.18.
5. Беспроводный Мониторинг Климата и Влажности Почвы // Электронный ресурс: http://www.caipos.com/ru/. Дата обращения 02.08.18.
6. Low Power Wide Area Networks, NB-IoTand the Internet of Things // Электронный ресурс: https://www.keysight.com/upload/cmc_upload/All/AB._IoT_PhilipChang.p df. Дата обращения 02.08.18.
7. Менеджер «Облачных служб» (SCM) // Электронный ресурс: http://iotsmart.ru/products/cloud-services/scm. Дата обращения 02.08.18.
PLANT GROWTH LOGGER SOFTWARE
Alexandr Petrovich Grishin*, Dr. Sc. (Eng.); Andrey Alexandrovich Grishin, Ph. D. (Econ); Vladimir Alexandrovich Grishin
Federal Scientific Agricultural Engineering Center VIM, 1st Institutskiy proezd, 5, Moscow, 109428, Russian Federation, *e-mail: [email protected];
Abstract
Agricultural production has its own specific features that dictate the widespread use of digital technologies (DT), as in any other sphere of the economy. These features are in good agreement with the characteristics of DT.
It is shown that to an even greater extent the efficiency of DT application can be obtained in artificial ecosystems, where the conditions for growth and high productivity are due to the controllability of these processes and the availability of the necessary technical means. It's just a matter of management.
Application of DT in artificial ecosystems has the following scheme: collection of data on ecosystem parameters (sensor network) ^ transfer to the database (cloud storage) ^ data processing decision-making (control signal generation).
The impact of environmental indicators on productivity indicators can also be used DT of the same Protocol for studies.
The results describes the design of the logger, which is based on a programmable controller with the ATMega processor. The controller has various analog and digital inputs and outputs. Both universal (standard) and specialized sensors were used to measure the parameters.
Recalculation values of measurement units of the registered parameters from bit in is carried out according to the given formulas.
The designed device "RECORDER" on the Arduino basis platform has been developed, which allows to register in real time the indicators of the object of research and external factors with their subsequent fixation in the cloud database.
Keywords: digital technologies, plant physiology indicators, environmental indicators, logger, cloud database.
