Разработка системы управления гидропонной установкой

Актуальность

С социальной точки зрения данная работа актуальна, так как во многих регионах России свежие овощи и зелень зимой недоступны или дороги. Как вариант решения данной проблемы был разработан прототип системы управления гидропонными системами для выращивания растений.

С прикладной точки зрения, работа актуальна в силу того, что на данный момент распространение частных гидропонных систем осложняется отсутствием доступных и универсальных систем управления.

Цель

Разработать прототип системы управления для установок гидропонного выращивания.

Задачи

1. Разработка концепта системы управления гидропонной установки.

2. Изготовление прототипа системы.

3. Проведение испытаний системы на реальной гидропонной установке.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Плата Arduino Nano
• Микроконтроллер ATmega328P
• Персональный компьютер с установленным ПО (Arduino programming language c использованием симулятора работы микроконтроллеров Wokwi, «КОМПАС-3D»)
• D-принтер
•  
• Салат (Lactuca sativa)
• Агроперлит
• Удобрения GHE Flora Series

Описание

Выполнение работы авторами включало несколько этапов.

Для начала была изучена литература и другие доступные источники.

Далее авторы разработали концепцию устройства и логику его работы, основываясь на существующих методиках гидропонного выращивания растений.

На следующем этапе происходил подбор комплектующих для изготовления прототипа. В качестве управляющего устройства была выбрана плата разработки Arduino Nano на основе микроконтроллера ATmega328P. Для ввода информации были выбраны тактовые кнопки, а для вывода – символьный жидкокристаллический дисплей, способный отображать две строки по 16 символов. Для восстановления работы в правильном режиме при отключении питания были использованы часы реального времени DS3231. Для управления внешней нагрузкой были использованы модули реле согласно документации, способные коммутировать нагрузку до 2,5 КВт.

Была создана программа управления устройством на языке Arduino programming language c использованием симулятора работы микроконтроллеров Wokwi и разработан корпус устройства с помощью системы автоматизированного проектирования «КОМПАС-3D».

Далее прошла сборка и проведены испытания устройства с использованием специально изготовленной гидропонной установки периодического затопления.

Результаты работы/выводы

Был разработан концепт системы управления гидропонной установкой, на основе которого был изготовлен прототип системы управления. Испытания прототипа на реальной гидропонной системе показали его работоспособность.

Разработанная система предназначена для управления установками гидропонного выращивания растений и имеет следующие параметры для настройки: световой день растения, дневные и ночные временные интервалы между поливами. Кроме того, стоит отметить финансовую доступность, компактность и простой в обращении интерфейс разработанной системы.

Перспективы использования результатов работы

В будущем возможна активная доработка проекта и наполнение новым функционалом данного устройства, например, таким как датчики протечек или датчики освещённости для определения реального светового дня и необходимости искусственного света.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

НИЦ «Курчатовский институт»

Мнение автора

«Обучение в инженерном классе даёт нам возможность максимально погрузиться в профильные предметы и прикладные дисциплины – инженерный практикум, технологии современного производства, программирование. Каждый ученик в нашем классе выбрал для себя направление для реализации своей проектной идеи.

Многие стали участниками Открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего», выступили перед экспертами, пообщались со сверстниками из других школ. С уверенностью можно сказать, что для нас участие в городской конференции стало важным событием и ценным опытом. В процессе работы над своим проектом мы получили дополнительные знания и навыки, которые мотивируют нас двигаться вперёд, к своей будущей профессии»