CC BY
5
УДК 631.171
СБОРНЫЙ КОМПЛЕКТ СИТИ-ТЕПЛИЦЫ С ТЕХНОЛОГИЕЙ IoT
В. Д. Усатов, В. А. Абрамчик, А. А. Лихачева Научный руководитель - М. В. Титович*
Красноярский политехнический техникум Российская Федерация, 660079, г. Красноярск, ул. А. Матросова, 20 *Е-шаИ: 2547753@mail.ru
В данной статье описано устройство недорогой мини-теплицы с облачной системой управления для выращивания продуктов питания в стесненных условиях
Ключевые слова: мини-теплица, облачное управление, интернет вещей.
CITY GREENHOUSE ASSEMBLY WITH IoT TECHNOLOGY
V. D. Usatov, V. A. Abramchik, A. A. Likhacheva Scientific supervisor - M. V. Titovich*
Krasnoyarsk Polytechnic College 20, A. Matrosova St., Krasnoyarsk, 660070, Russian Federation *Е-mail: 2547753@mail.ru
This article describes the device of an inexpensive mini-greenhouse with a cloud-based control system for growing food in cramped conditions.
Keywords: Keywords: mini-greenhouse, cloud management, internet of things.
Разработанная сити-теплица, показанная на рис.1, предназначена для обеспечения продовольственной независимости домохозяйства путем реализации модели "посадил и забыл" без необходимости ручного ухода.
Рис. 1. Внешний вид теплицы с растениями
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 3
Имеется возможность объединения сети теплиц (десятки и сотни) в единую облачную систему управления. Адаптация к месту установки теплицы, используемому типу почвы, видов выращиваемых растений, временным предпочтениям пользователей будет происходить либо через самообучение облачного алгоритма, либо через загрузку обновлений. Облачная система управления базируется на отечественной PaaS платформе Яндекс Облако (Yandex Cloud) с минимальными требованиями и абонентской платой.
Актуальность проекта: 1. Экологичность - возможность самостоятельного выращивания экологичных продуктов растительного происхождения в любое время года, как для личного потребления 2. Бизнес-возможности - организация сити-фермерства, самозанятость. 3. Экономия ресурсов - наличие функции прогнозирования количества и качества урожая, полный отчет о потребленных ресурсах (вода, электричество, удобрения, время), 4. Цифровизация -реализация онлайн наблюдения за растениями через ПК, планшет или смартфон, архивирование событий, возможность онлайн привлечения специалиста по агрокультурам для консультации, удобный чат-бот.
Корпус теплицы представляет собой готовый комплект для сборки из плоских деталей, выполненных из пищевого пластика толщиной 8 мм. Все детали спроектированы в среде моделирования Компас 3D [1], вырезаны на фрезерном станке с ЧПУ. Габаритные размеры теплицы (ДхШхВ) 110х60х45 см., что позволяет размещать ее на стандартном столе или парте. Теплица состоит из двух частей: нижний поддон размером 110х60х15, разделенный на три независимых отсека. В отсеках высаживаются ягоды (клубника), овощи, зелень. В каждом отсеке обеспечивается независимый микроклимат и режимы управления температурой, влажностью, освещением, вентиляцией и полива. Для сбора данных установлены датчики влажности воздуха и почвы, освещенности, температуры, расхода воды для полива и веб камера. Для обеспечения требуемых параметров используются исполнительные устройства: светодиоды растительного спектра, сервоприводы PPM для открывания вентиляционных окон, центробежный насос для капельного полива. Верхняя часть теплицы представляет собой легкосъемную полусферическую конструкцию, также разделенную на отсеки, обтянутую прочной прозрачной и долговечной силиконовой пленкой толщиной 0,5 мм.
Система управления теплицей является виртуальной, размещена на облачной платформе и позволяет реализовать ручное, полуавтоматическое и полностью автоматическое управление с функцией диспетчеризации, визуализации, архивирования и возможностью объединения в сеть до 265 теплиц. Алгоритм управления микроклиматом в каждом отсеке позволяет осуществлять оперативное ручное управление, тестирование, накопление статистических данных, формирование базы данных MySQL, использования элементов искусственного интеллекта для прогнозирования урожая. Все управление теплицей (теплицами) реализовано на отечественной облачной платформе YandexCloud, рис.2.
Передача данных и управляющих сигналов осуществляется технологией интернета вещей IoT, для этого могут использоваться WiFi, GPRS, локальная сеть Ethernet. Подсистема сбора и передачи информации размещена на внешней боковой стенке теплицы в отдельном защищенном от попадания влаги корпусе. Система сбора информации состоит из одноплатного микроконтроллера ESP 32 +WiFi, программируемого в среде Arduino IDE.
Электрическое питание реализуется импульсным блоком питания 12В 2 А. Энергопотребление в зимний период не превышает 10 Вт. Защита от перегрузки и поражения электрическим током реализуется дифференциальным автоматом 5А, 20 мА. Электромонтаж внутри теплицы выполнен с учетом повышенной влажности (гидроизоляция пайки, отсутствие разъемов).
Управление теплицей (-ами) происходит при помощи сервиса PaaS (платформа как услуга), реализуемого Yandex Cloud [2]. Для проекта был выбран тарифный план с ОС Ubuntu 20.04, MySQL, RAM 1 G, disc 5G, что позволяет реализовать формирование базы
данных, ее взаимодеиствие с алгоритмами и программами управления теплицы на языках Python, C#. Для визуализации работы теплицы используется свободное ПО Grafana. Для оповещения пользователя теплицы о происходящих событиях (нестабильные параметры, поломка оборудования, отключения электричества или времени сбора урожая) разработан чат-бот социальной сети Telegram.
Данный проект поддержан Краевым фондом науки.
Рис.2. Облачная система управления группой теплиц Библиографические ссылки
1. Создание 3D моделей в среде Компас [Электронный ресурс]. URL: https://etu.ru/assets/files/Faculty-Fibs/PMIG/bolshakov-sozdanie-trehmernyh-modelej-i-konstruktorskoj-dokumentacii-v-sisteme-kompas-3d.pdf (дата обращения 1.4.2022)
2. Yandex cloud PaaS [Электронный ресурс]. URL: https://cloud.yandex.ru/ docs/overview/security/respons#paas (дата обращения 1.4.2022)
3. Подключение ESP32 [Электронный ресурс]. URL: https://www.espressif.com/sites/ default/files/documentation/esp32_datasheet_en.pdf (дата обращения 1.4.2022)
© Усатов В. Д., Абрамчик В. А., Лихачева А. А., 2022
